TEORIJA LEGURA

Čisti metali nemaju zadovoljavajuće mehaničke i tehnološke osobine, i stoga se retko upotrebljavaju kao takvi. Za izradu mašinskih elemenata, konstrukcija i alata uglavnom se primenjuju legure.

Legure su supstance sastavljene od najmanje dve komponente kod kojih je osnovna komponenta metal, dok druge komponente mogu biti metali, ali i nemetali. Hemijski elementi koji ulaze u sastav legure nazivaju se komponente. Legure mogu da budu dvokomponentne, trokomponentne i višekomponentne. Element koji je procentualno najviše zastupljen, a to je metal, naziva se osnovna komponenta ili osnovni metal. Svi ostali hemijski elementi- komponente nazivaju se legirajući elementi.

Legure e obično dobijaju postupkom livenja, mada se koriste i drugi postupci, kao što su sinterovanje i elektroliza.

U većini slučajeva atomi hemijskih elemenata koji ulaze u sastav neke legure se u tečnom stanju mešaju; međusobno su rastvorljivi bez razdvajanja (raslojavanja) i obrazuju tečni rastvor koji se naziva rastop. Procesom kristalizacije legura prelazi iz tečnog u čvrsto stanje, i to na stvarnoj temperaturi kristalizacije ili u određenom temperaturnom intervalu. U čvrstom stanju atomi hemijskih elemenata mogu međusobno da reaguju obrazujuću čvrste rastvore, hemijska jedinjenja i mehaničke smese.

k1

Čvrstim rastvorom dva (ili više) elementa naziva se homogena čvrsta faza koja ima određen tip kristalne rešetke. Mikrostruktura čvrstog rastvora je polikristalna, po izgledu veoma slična mikrostrukturi osnovnog metala, a kristaliti su homogeni. Čvrsti rastvor ima istu kristalnu rešetku kao osnovni metal, a atomi legirajućeg elementa se rastvaraju (smeštaju, zauzimaju određene položaje) u njoj. Rastvaranje može da bude dvojako. Atomi legirajućeg elementa mogu da zauzimaju regularna mesta atoma osnovnog metala u kristalnoj rešetki ili da se smeštaju između atoma osnovnog metala u međuprostore koji postoje u kristalnoj rešetki. U zavisnosti od toga kako nastaju, čvrsti rastvori se dele na čvrste rastvore tipa zamene- supstitucijske čvrste rastvore, i čvrste rastvore tipa popune- intersticijske čvrste rastvore.

k2

k3

k4

Rastvorljivost u čvrstom stanju može da bude neograničena, ograničena ili da u potpunosti otsustvuje. Neograničena rastvorljivost u čvrstom stanju znači da se atomi komponenata mešaju na svim temperaturama, od temperature kristalizacije do sobne temperature, u bilo kom količinskom odnosu. Dva osnovna uslova koji treba da budu ispunjeni da bi se javila neograničena rastvorljivost u čvrstom stanju jesu da se veličine atoma osnovnog i legirajućeg elementa razlikuju najviše 8% i da imaju isti tip kristalne rešetke. Ako čvrsti rastvor može da se dobije samo pri određenom količinskom odnosu, onda je rastvorljivost elemenata ograničena, a čvrsti rastvor koji nastaje je sa ograničenom rastvorljivošću. Razlika u veličini atoma osnovnog i legirajućeg elementa u slučaju ograničene rastvorljivosti je od 8-15%. Stepen rastvorljivosti u slučaju obrazovanja čvrstog rastvora sa ograničenom rastvorljivošću raste sa porastom temperature, jer se povećava rastojanje između atoma. Ukoliko je razlika između atoma osnovnog i legirajućeg elementa veća od 15%, legirajući elementi više ne mogu da se rastvaraju u kristalnoj rešetki osnovnog metala na bilo kojoj temperaturi čvrstog stanja. Pošto rastvorljivost potpuno odsustvuje, u takvim uslovima ne mogu da se obrazuju čvrsti rastvori.

Usvojeno je da se čvrsti rastvori označavaju slovima grčkog alfabeta- α, β, γ, δ. Kriva hlađenja čvrstog rastvora je specifična i razlikuje se od krive hlađenja zato što se proces kristalizacije odvija i u temperaturnom i u vremenskom intervalu.

Hemijska jedinjenja– Za razliku od uobičajenih hemijskih jedinjenja koja nastaju hemijskom reakcijom u tačnom stehiometrijskom odnosu, metalna hemijska jedinjenja mogu da naastanu i kada taj odnos nije zadovoljen, ali obavezno uz obrazovanje kristalne rešetke., koja se najčešće razlikuje od kristalne rešetkepojedinačnih elemenata. Osobine nastalog jedinjenjase potpuno razlikuju od osobina pojedinačnih komponenti. Kriva hlađenja većine hemijskih jedinjenja je po obliku ista kao i kriva hlađenja čistih metala, što znači da se kristalizacija odvija na konstantnoj temperaturi u određenom vremenskom intervalu. Neka hemijska jedinjenja su nestabilna na povišenim temperaturama tako da, pre nego što pređu u tečno stanje, dolazi do njihovog razlaganja. U tim slučajevima ne može tačno da se odredi temperatura kristalizacije/ topljenja. Hemijska jedinjenja se odlikuju velikom tvrdoćom i krtošću.

Mehaničke smeše- Ako se elementi koji ulaze u sastav legure ne rastvaraju u čvrstom stanju, što znači da ne obrazuju čvrsti rastvor i ne stupaju u hemijsku reakciju praćenu obrazovanjem jedinjenja, onda oni obrazuju mehaničku smešu. Atomi svakog elementa pojedinačno kristališu obrazujući sopstvenu kristalnu rešetku. Za mehaničke smeše je karakterističnoda osobine nastale legure predstavljaju kombinaciju osobina pojedinačnih elemenata. Mehaničke smeše mogu da se obrazuju ne samo u kombinaciji dva čista elementa već i između dva čvrsta rastvora sa ograničenom rastvorljivošću u čvrstom stanju ili između čvrstog rastvora sa ograničenom rastvorljivošću i hemijskog jedinjenja. Mehanička smeša je poznata i pod imenom eutektikum. Eutektikum se obično označava slovom E, a u zagradama iza slova E mogu da se upišu faze od kojih je eutektikum sastavljen. Kriva hlađenja mehaničke smeše je po obliku ista kao i kriva hlađenja čistog metala.

Pri izučavanju pojmova koji se odvijaju u metalima i legurama pri njihovom preobražaju (transformaciji), kao i za opisivanje strukture koriste se sledeći pojmovi:

Sistem– sveukupnost faza koje se nalaze u ravnoteži pri određenim spoljašnjim uslovima (temperaturi i pritisku). Sistem može da bude prost ako se sastoji iz jedne komponente, i složen ako ga čini nekoliko komponenata.

Faza– deo sistema, homogen po hemijskom sastavu, osobinama i kristalnoj strukturi, odvojen od ostalih delova sistema graničnom površinom. Faze su, na primer, čisti metali, tečni i čvrsti rastvori, hemijska jedinjenja. Jednofazni sistem je homogeni rastop, a dvofazni, na primer, mehanička smeša dve vrste kristala.

Komponenta- materijali koji učestvuju u obrazovanju sistema. Komponente mogu da budu hemijski elementi ili stabilna hemijska jedinjenja.

Ovaj unos je objavljen pod Masinski materijali. Zabeležite stalnu vezu.

Jedno reagovanje na TEORIJA LEGURA

  1. Vanja kaže:

    Sve pohvale za blog! Pozdrav iz Maribora od studenta drugog ciklusa 🙂

Ostavite odgovor

Popunite detalje ispod ili pritisnite na ikonicu da biste se prijavili:

WordPress.com logo

Komentarišet koristeći svoj WordPress.com nalog. Odjavite se /  Promeni )

Google photo

Komentarišet koristeći svoj Google nalog. Odjavite se /  Promeni )

Slika na Tviteru

Komentarišet koristeći svoj Twitter nalog. Odjavite se /  Promeni )

Fejsbukova fotografija

Komentarišet koristeći svoj Facebook nalog. Odjavite se /  Promeni )

Povezivanje sa %s