celik - potencijal odrzivog drustva ka obrada metalurgija čelika kaljenje Ţarenje normalizacija...
TRANSCRIPT
strana 1
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
METALURGIJA
ČELIKA
PART 4
..: Definicija čelika
..: Dijagram stanja, Černov 1868.
..: Hemijski čisto ţeljezo, kriva hlaĎenja
..: Tehničko ţeljezo
..: Ugljenik i cementit
..: Legura Fe – Fe3C
..: Strukture kod čelika
..: Ferit
..: Astenit
..: Perlit
..: Brzo hlaĎenje, Martenzit
..: Uticaj ugljenika na svojstva čelika
..: Uticaj legirajućih elemenata
..: Termička obrada
..: Termohemijska obrada
strana 2
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Legura
sadrţi do 2.14% ugljenika
ugljenik hemijski vezan u cementit Fe3C
Dijagram stanja
sistema ţeljezo – ugljenik
D.K. Černov, 1868.
Struktura čelika
Čelik
strana 3
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Hemijski čisto željezo Fe
U prirodi – rude ţeljeza
Fe u gotovo čistom obliku
je poznat kao ingot ţeljeza
Ingot ţeljeza sastoji se od
0.012 %C
0.017 %Mn
0.005 %P
0.025 %S
u tragovima Si
Dobra tehnološka svojstva
Loša mehanička svojstva
Nema praktičnu primenu
Fe je polimorfno
Više alotropskih modifikacija
t
T [oC]
1600
1400
1000
1200
800
600
400
1536
1392
911
768
R
Ar
Ar4
Ar3
Ar2
R → δ – Fe
δ – Fe → γ – Fe
γ – Fe → α – Fe γ – Fe
δ – Fe
α – Fe nemag
α – Fe mag
BCC
FCC
BCC
3200
strana 4
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Čisto Fe nije za tehničku upotrebu
Susrećemo Fe legirano sa
..: metalima
Mn, Ni, Cr, Cu, W, Mo, Ti i dr.
..: nemetalima
C, Si, S, P
..: nepoţeljni elementi
O, H, N
Legirajući elementi drastično menjaju
osobine ţeljeza
Tehničko željezo
strana 5
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
C se rastvara u Fe
u tečnom stanju – neograničeno
u čvrstom stanju – ograničeno (do 2.14%)
Fe i C stvaraju čvrste rastvore tipa popune (α, γ, δ kristali)
FeC – ugljenik izdvojen u grafit, stabilan sistem, veoma sporim hlaĎenjem
Fe3C – nema slobodnog ugljenika, nestabilan sistem, umerenim hlaĎenjem
Grafit je jedna od alotropskih modifikacija ugljenika
Kristalna rešetka – heksagonalni sistem
Metalurgija čelika
Ugljenik C
Cementit Fe3C
Najvaţniji od karbida ţeljeza
Sadrţi 6.67 %C i 93.33 %Fe
Kristalna rešetka – rombičan sistem
Vrlo tvrd (800HB) i vrlo krt, niske zatezne čvrstoće
Moţe da rastvara druge elemente Mn, Cr, W ...
strana 6
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Legura Fe – Fe3C
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
strana 7
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Intersticijski čvrst rastvor ugljenika u rešetki α – Fe
Prostorno centrirana kubna rešetka BCC
Vrlo mala rastvorljivost ugljenika
Od lat. „ferrum“ – ţeljezo
Rastvara do 0.02 %C na 727 0C
↓T → ↓%C, 0.006 %C na 20 0C
Tvrdoća 70 – 90 HB
Niske ţilavosti, mek i plastičan
Magnetičan je do 768 0C
Moţe da rastvara i druge elemente,
Si, Ni, Mn, Cr
čvrst rastvor tipa zamene
Ferit
strana 8
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Intersticijski čvrst rastvor ugljenika u rešetki γ – Fe
Površinski centrirana kubna rešetka FCC
Rastvara do 2.14 %C na 1148 0C
Nestabilan na sobnoj temperaturi
Uz legirajuće elemente se stabilizuje, Mn, Ni ...
Moţe da rastvara i druge elemente,
čvrst rastvor tipa supstitucije
Tvrdoća 170 – 200 HB
Visoke ţilavosti
Nemagnetičan je
Austenit
WC Roberts-Austen
1843 – 1902
strana 9
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Mehanička smeša (dvo – fazna, slojevita) ferita i cementita
88 %Fe, 12 %Fe3C
Eutektoid, eutektoidnom reakcijom (S1 → S2 + S3)
iz austenita sa 0.8 %C
Cementit u vidu lamela ili kuglica (lamelarni, zrnasti)
Zrnasti ..: veća ţilavost, manja tvrdoća
Tvrdoća 160 – 300 HB
Perlit
strana 10
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Perlit
+
Ferit α
1000
200
400
600
800
0.5 1.0 1.5 2.0 % C
T [oC]
0.008
Perlit
+
Fe3CII
Austenit γ
+
Ferit α
Austenit γ
+
Fe3CII
912
E
S
G
P
Q
Ferit α
+
Fe3CIII
2.14 0.8 0.02
727
1148
Ferit α
Metalurgija čelika
Austenit γ
PERLIT
eutektoidna struktura
strana 11
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Šta se dešava kod brzog hlaĎenja?
Metalurgija čelika
Katana izloţena u Okayama Castle
Stvaranje ferita i cementita
zahteva vreme za difuziju C iz rešetke
Fazni dijagram postaje nevaţeći
Formirju se metastabilne faze
Kristalna rešetka iz FCC (austenit) u
BCC (ferit), ali nema vremena ...
Višak ugljenika → promena BCC →
prostorna tetragonalna BCT
Ima identičan hem. sastav sa
austenitom
Feritna struktura prezasićena C
Manja gustina, veća zapremina
Visoka tvrdoća i čvrstoća, veoma krt
Velika otpornost na smicanje
strana 12
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Šta se dešava kod brzog hlaĎenja?
Metalurgija čelika
TTT dijagram
time – temperature – transformation
Transformacija strukture
izotermno hlaĎenje
Samo za odreĎen hem. sastav
Termička obrada (kaljenje)
Dijagram izotermalne transformacije Zavisnost početne i krajnje temp.
nastajanja martenzita od %C
strana 13
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Uticaj sadrţaja ugljenika
Metalurgija čelika
strana 14
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Čvrs
toća
Izd
uţe
nje
Ţila
vo
st
Ka
ljivo
st
Po
rast zrn
a
Čvrs
toća u
to
plo
m
Ma
gn
etn
e o
sob
ine
Kritičn
a b
rzin
a h
laĎe
nja
Ko
vn
ost
Ele
ktr
ičn
a o
tpo
rnost
Ta
čka
Ac1
Ta
čka
Ac3
Ga
ma
pod
ručje
Na
sta
janje
ka
rbid
a
Otp
orn
ost p
rem
a o
ksid
aciji
Tra
jna č
vrs
toća
RĎ
an
je
Tvrd
oća
Se
gre
ga
cija
(šte
tna
, p
ri liv
enju
č.)
Ose
tljiv
ost p
rem
a p
reg
reja
va
nju
Otp
orn
ost p
rma
ko
roziji
Po
sto
jano
st ko
d p
op
ušta
nja
Me
ha
nič
ka
ob
radiv
ost
C + + = = + + + + + + - + + + + + + - -
Mn + + - + + + + - + = - + - + + + + + +
Si + + - + + + + + - - + + + + + - + + - + + - + + + +
Al - = + + + - + + + +
Ni + - + + - - = + + = - + - + + - + + + +
Cr + + - + + + + + - + + + + = + + + + + - + - + + + +
Mo + - + + + + - - + + + - + + + - + + + + + +
V + + = + + - + + - + + + + - + = + + + + +
W + - - + + + - + + - + + + - + + + +
Co + - - + + + + - + + + + = + + + + +
Cu + = = - + - + + + +
S + + + + +
P + - - + + + + + - - + + + + + + +
Ti + + - + - + + + + + +
Ta + + + - + + + + + +
Nb + + + - + + + + + +
Uticaj sadrţaja legirajućih elemenata
Metalurgija čelika
http://www.calphad.com/phase_diagrams.html
Fe – Mn fazni dijagram
Fe – Cr fazni dijagram
strana 16
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Napredni tip Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Termička obrada
Metalurgija čelika
Kaljenje
Ţarenje
Normalizacija
Otpuštanje
Poboljšanje
Gašenje
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
strana 17
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Napredni tip Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Žarenje
• Zagrevanje do određenje temp.
• Zadržavanje na toj temp.
• Kontrolisano hlađenje
Cilj: smanjenje tvrdoće uz poboljšanje
mehaničkih, fizičkih ili tehnoloških osobina
Meko Žarenje
Transformacija do austenita, a
zatim hlađenje takvom brzinom
da se tvrdoća proizvoda približi
minimumu
MeĎu Žarenje
Žarenje jednom ili više puta
tokom proizvodnje i pre finalne
termičke obrade
Rekristalizaciono Žarenje
Žarenje na temperaturi ispod Ac1
da bi se dobila nova zrnasta
struktura bez promene faze
Termička obrada
Metalurgija čelika
Kaljenje
Ţarenje
Normalizacija
Otpuštanje
Poboljšanje
Gašenje
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
strana 18
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Napredni tip Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Termička obrada
Metalurgija čelika
Kaljenje
Ţarenje
Normalizacija
Otpuštanje
Poboljšanje
Gašenje
Normalizacija
Zagrevanje do odgovarajuće temp. iznad
tačke Ac3, a zatim hlađenje na vazduhu
Cilj: dobijanje sitnozrnaste strukture po
celoj zapremini
Napomena: samo kod podeutektoidnih
čelika (izuzetno kod ostalih)
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
strana 19
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Napredni tip Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Termička obrada
Metalurgija čelika
Kaljenje
Ţarenje
Normalizacija
Otpuštanje
Poboljšanje
Gašenje Gašenje
Forsirno hlađenje nerđajućih,
vatrootpornih i nekih drugih vrsta
austenitnih čelika, kao i nekih vrsta čisto
feritnih čelika
Cilj: homogenizacija, postizanje čistih
monofaznih struktura, rastvaranje
karbida
Austenitni čelik minimalne tvrdoće i
maksimalne žilavosti
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
strana 20
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Napredni tip Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Termička obrada
Metalurgija čelika
Kaljenje
Ţarenje
Normalizacija
Otpuštanje
Poboljšanje
Gašenje Kaljenje
• Zagrevanje
iznad Ac3 (podeutektoidni) ili
Ac1 (eutektoidni i podeutektoidni)
• Držanje na toj temp. (Austenitna tr.)
• Brzo hlađenje (voda, ulje, vazduh)
• Austenit u martenzit
po čitavom preseku, površinsko i
kaljenje na dubinu
Cilj: Povećanje tvrdoće
Proizvod je i povećane čvrstoće, ali
smanjene žilavosti
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
strana 21
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Napredni tip Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Termička obrada
Metalurgija čelika
Kaljenje
Ţarenje
Normalizacija
Otpuštanje
Poboljšanje
Gašenje
Otpuštanje
Ponovno zagrevanje kaljenog ili
normalizovanog čelika do temp. ispod
tačke Ac1, zadržavanje, a zatim hlađenje
željenom brzinom.
Nema transformacije strukture.
Cilj:
Smirivanje napona u materijalu
Smanjuje se tvrdoća, povećava žilavost
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
strana 22
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Napredni tip Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Termička obrada
Metalurgija čelika
Kaljenje
Ţarenje
Normalizacija
Otpuštanje
Poboljšanje
Gašenje
Poboljšanje
Kaljenje, a zatim visoko otpuštanje da bi
se poboljšala zatezna čvrstoća i tvrdoća
bez gubitka žilavosti
Hlađenje je postepeno
u peći ili na vazduhu
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
strana 23
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Low Pressure Carburising (LPC)
Cementacija u vakuumu
Termo – hemijska obrada
Metalurgija čelika
Hromiranje
Alitiranje
Boriranje
Karbonitriranje
Siliciranje
Cijaniziranje
Promena hemijskog sastava u površinskom sloju
difuzijom legirajućih elemenata i
hemijskom reakcijom
Cementacija
Nitriranje
strana 24
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
PAUZA sledi:
PROIZVODNJA ČELIKA
TEST