..: 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
PART 4
METALURGIJA
ČELIKA
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
1
Srednja mašinska
Noviškola,
Sad, Srbija
Srednjaškola,
mašinska
Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Čelik
 Legura
 sadrţi do 2.14% ugljenika
 ugljenik hemijski vezan u cementit Fe3C
Struktura čelika
 Dijagram stanja
sistema ţeljezo – ugljenik
 D.K. Černov, 1868.
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
2
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Hemijski čisto željezo Fe
T [oC]
3200
1600
R
 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
1536
R → δ – Fe
δ – Fe → γ – Fe
δ – Fe
1400
BCC
Ar
1392
Ar4
1200
FCC
1000
γ – Fe → α – Fe
γ – Fe
911
Ar3
α – Fe nemag
800
Ar2
768
600
 Fe je polimorfno
 Više alotropskih modifikacija
BCC
400
α – Fe mag
t
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
3
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Tehničko željezo
 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
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
4
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Ugljenik C
 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
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 ...
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
5
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Legura Fe – Fe3C
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
6
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Ferit










Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
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
strana
7
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Austenit
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






WC Roberts-Austen
1843 – 1902
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
8
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Perlit
 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
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
9
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
T [oC]
E
Austenit γ
1148
Austenit γ
+
G
Ferit α
1000
912
Austenit γ
+
Fe3CII
800
Ferit α
727
P
S
600
Perlit
+
Ferit α
400
Perlit
+
Fe3CII
200
PERLIT
eutektoidna struktura
Ferit α
+
Fe3CIII
0.02
0.8
2.14
Q
0.008
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
0.5
1.0
1.5
strana
10
2.0
%C
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Šta se dešava kod brzog hlaĎenja?
 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
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
Katana izloţena u Okayama Castle
11
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Šta se dešava kod brzog hlaĎenja?
 TTT dijagram
time – temperature – transformation
 Transformacija strukture
izotermno hlaĎenje
 Samo za odreĎen hem. sastav
 Termička obrada (kaljenje)
Zavisnost početne i krajnje temp.
nastajanja martenzita od %C
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Dijagram izotermalne transformacije
strana
12
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Uticaj sadrţaja ugljenika
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
13
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
+
++
+
+
+
+
+
=
+
+
+
+
+
+
+
=
+
- +
+
=
- ++++
+
++ =
+ ++
- + +
+
+
+
=
++
+
+
+
+
+
+
-
+
++
++
+
= ++++
- +
- ++
- +
+
+
+
+
++
- + +
- + +
+ ++ ++ +
+
-
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
-
+
+
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
+
+
+
+
+
- ++
- ++
- ++
-
strana
+
+
+
+
+
+
+
+
+
=
=
+
+
+
+ +
+ +
+ ++
+ ++
++
+ ++
+
+
+
+
+
Mehanička obradivost
Postojanost kod popuštanja
-
++
+ ++ +
+
+
+
14
Otpornost prma koroziji
http://www.calphad.com/phase_diagrams.html
Osetljivost prema pregrejavanju
Tvrdoća
RĎanje
Trajna čvrstoća
Otpornost prema oksidaciji
Nastajanje karbida
Gama područje
Tačka Ac3
Tačka Ac1
Električna otpornost
Kovnost
+
Kritična brzina hlaĎenja
++ +
+
++
=
+ ++
++
= +
+
- +
Porast zrna
Kaljivost
Ţilavost
= ++
+ ++
++
++
+
+
+
- +
Magnetne osobine
++ =
++ ++ -
Čvrstoća u toplom
C
Mn
Si
Al
Ni
Cr
Mo
V
W
Co
Cu
S
P
Ti
Ta
Nb
Izduţenje
Čvrstoća
Uticaj sadrţaja legirajućih elemenata
Segregacija (štetna, pri livenju č.)
Metalurgija čelika
++
++
++
++
++
++
++
++
++
++
++
++
++
++
++
Fe – Cr fazni dijagram
Fe – Mn fazni dijagram
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Termička obrada
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
 Ţarenje
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
 Normalizacija
 Gašenje
 Kaljenje
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
 Otpuštanje
 Poboljšanje
Napredni tip
Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
16
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Termička obrada
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
 Ţarenje
 Normalizacija
 Gašenje
 Kaljenje
Žarenje
Meko Žarenje
•
•
•
Naknadno kaljenje
i otpuštanje u peći
Transformacija
do austenita,
a
zatim hlađenje takvom brzinom
da se tvrdoća proizvoda približi
minimumu
Konvencionalni tip
Zagrevanje do određenje temp.
Zadržavanje na toj temp.
Kontrolisano hlađenje
Cilj: smanjenje tvrdoće uz poboljšanje
mehaničkih, fizičkih ili tehnoloških osobina
MeĎu Žarenje
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
 Otpuštanje
Žarenje jednom ili više puta
tokom proizvodnje i pre finalne
termičke obrade
 Poboljšanje
Rekristalizaciono
Napredni tipŽarenje
Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Žarenje na temperaturi ispod Ac1
da bi se dobila nova zrnasta
struktura bez promene faze
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
17
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Termička obrada
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
 Ţarenje
 Normalizacija
 Gašenje
 Kaljenje
 Otpuštanje
 Poboljšanje
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
Normalizacija
Zagrevanje do odgovarajuće temp. iznad
tačke Ac3, a zatim hlađenje na vazduhu
Cilj: dobijanje sitnozrnaste strukture po
celoj zapremini
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Napomena: samo kod podeutektoidnih
čelika (izuzetno kod ostalih)
Napredni tip
Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
18
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Termička obrada
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
 Ţarenje
 Normalizacija
 Gašenje
 Kaljenje
 Otpuštanje
 Poboljšanje
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
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
strana
19
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Napredni tip
Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Termička obrada
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
 Ţarenje
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
 Normalizacija
 Gašenje
 Kaljenje
 Otpuštanje
 Poboljšanje
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
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Napredni tip
Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Cilj: Povećanje tvrdoće
Proizvod je i povećane čvrstoće, ali
smanjene žilavosti
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
20
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Termička obrada
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
 Ţarenje
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
 Normalizacija
 Gašenje
 Kaljenje
 Otpuštanje
 Poboljšanje
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
Otpuštanje
Ponovno zagrevanje kaljenog ili
normalizovanog čelika do temp. ispod
tačke Ac1, zadržavanje, a zatim hlađenje
željenom brzinom.
Nema transformacije strukture.
Napredni tip
Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Cilj:
Smirivanje napona u materijalu
Smanjuje se tvrdoća, povećava žilavost
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
21
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Termička obrada
Zagrevanje i različitim brzinama
radi dobijanja ţeljenih svojstava
 Ţarenje
Konvencionalni tip
Naknadno kaljenje i otpuštanje u peći
 Normalizacija
 Gašenje
 Kaljenje
Poboljšan tip
Direktno kaljenje i otpuštanje u peći
 Otpuštanje
 Poboljšanje
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
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
22
Napredni tip
Direktno kaljenje i otpuštanje na liniji indukcionim zagrevanjem
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
Metalurgija čelika
Termo – hemijska obrada
Promena hemijskog sastava u površinskom sloju
difuzijom legirajućih elemenata i
hemijskom reakcijom
 Alitiranje
 Boriranje
 Cijaniziranje
Low Pressure Carburising (LPC)
Cementacija u vakuumu
 Hromiranje
 Karbonitriranje
 Siliciranje
 Cementacija
 Nitriranje
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
23
Srednja mašinska škola, Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
PAUZA
sledi:
PROIZVODNJA ČELIKA
TEST
Čelik – Potencijal odrţivog društva
Pastor, Budinski, 2011.
strana
24
Srednja mašinska
Noviškola,
Sad, Srbija
Srednjaškola,
mašinska
Novi Sad, Srbija
www.masinskans.edu.rs
www.masinskans.edu.rs
Download

04_Metalurgija celika