ČELICI

Čelici su legure železa sa ugljenikom i drugim elementima. Čelici predstavljaju najčešće korišćenu grupu mašinskih materijala. U novije vreme poznato je nekoliko hiljada raznih vrsta čelika, koje se koriste u gotovo svim oblastima mašinske tehnike.

DOBIJANJE ČELIKA

Dobijanje čelika se svodi na rafinaciju gvožđa dobijenog u visokoj peći i dodavanju ferolegura. Gvožđe za preradu u čelik sadrži do 4% C, 1,4% Si, 1,5% Mn, 0,25% P i 0,12% S. Stoga se u procesu dobijanje čelika sadržaji ovih elemenata svode na zahtevane vrednosti. Rastopljeno gvožđe prerađuje se u čelike u:

• u Simens-Martenovoj peći (plameni postupak);

• u elektropeći (pretapanjem) i

• u Besemerovom ili Tomasovom konvertoru.

Bitna razlika između Simens-Martenovog postupka i pretapanja u elektropećima, konvertorskog postupka ogleda se u načinu dobijanja toplote potrebne za dobijanje čelika. Dok se u prvom slučaju radi o spoljašnjim izvorima toplote (sagorevanje gasa u Simens-Martenovom postupku ili električni luk kao najčešća varijanta elektropeći), dotle se za konvertorski postupak potrebna količina toplote obezbeđuje hemijskim reakcijama kojima se čelik prečišćava, prvenstveno oksidacijom pomoću kiseonika pod pritiskom.

Izbor postupka za dobijanje čelika zavisi od više faktora, a najvažniji su kvalitet i cena dobijenog čelika, kao i hemijski sastav gvožđa, tj. njegova čistoća. Na primer, za Simens-Martenov postupak i za pretapanje u elektropećima gvožđe, kao polazna sirovina, treba da ima što manje primesa, tj. da je što veće čistoće. Pri tome se dobija čelik boljeg kvaliteta, ali skuplji od konvertorskog čelika. Za primenu konvertorskih postupaka koriste se gvožđa sa većim sadržajem silicijuma (Besemerov postupak), odnosno sa većim sadržajem fosfora (Tomasov postupak), koji pri prečišćavanju gvožđa daju dodatnu količinu toplote.

Oksidacija u procesu dobijanja čelika biće objašnjena na primeru konvertorskog postupka. Kod konvertorskog postupka gvožđe (sa čeličnim  otpacima i do 30%) se ubacuje u konvertor bačvastog oblika, koji je iznutra obložen odgovarajućom vatrostalnom oblogom, sl. a,b. Neposredno pre početka reakcije sa kiseonikom dodaje se topitelj, koji pomaže izdvajanje troske na površini rastopljenog čelika, sl. c. U konvertor se spušta cev sa kiseonikom (vazduhom), koja je označena strelicom na sl. d.

c1

Čist kiseonik reaguje sa železom iz gvožđa:

2Fe + O2 = 2FeO,

Oksid FeO reaguje sa ugljenikom i primesama:

FeO + C = Fe + CO

2FeO + Si = SiO2 + Fe

FeO + Mn = MnO + Fe

5FeO + 2P = P2O5 +Fe.

Ove reakcije prati oslobađanje toplote, koja je dovoljna da čelik ostane u tečnom stanju, a produkti oksidacije (CO, SiO2, MnO, P2O5) odlaze u trosku ili u vazduh. Na taj način se sadržaj C, Si, Mn i P dovodi na potrebnu meru, dok se za smanjenje sadržaja sumpora koristi kalcijum iz topitelja koji gradi hemijsko jedinjenje CaS, koje takođe odlazi u trosku. Smanjenje sadržaja ugljenika, sumpora, fosfora, mangana i silicijuma tokom opisanih procesa u konvertoru je prikazano na sledećoj slici. Na primer, ako se sadržaj ugljenika od 4% smanji na 2%, što odgovara maksimalnoj rastvorljivosti ugljenika u čeliku, znači da je u procesu oksidacije došlo do sagorevanja ugljenika.

c1.1

Pred izlivanje, čelicima se dodaju mangan, silicijum i aluminijum kao dezoksidatori. Dezoksidacija se odvija prema sledećim hemijskim jednačinama:

FeO + Mn → MnO + Fe

2FeO + Si → SiO2 + 2Fe

3FeO + 2Al → Al2O3 + 3Fe.

Nastala hemijska jedinjenja se odstranjuju u vidu troske.

Naredna faza u dobijanju čelika je oblikovanje prilikom prelaza iz tečnog u čvrsto stanje. Tečni čelik se lije u metalne kalupe – kokile,  gde očvršćava u tzv. ingote. Oni se zatim zagrevanju na približno 1200°C i valjaju u poluproizvode različitih dimenzija (blumove, slabove i gredice). Naknadnim hladnim ili toplim valjanjem dobijaju se deblji ili tanji limovi, žice i slični poluproizvodi.

Tradicionalni način livenja ingota sve više se zamenjuje kontinualnim livenjem. Rastopljeni čelik se izliva u pomoćnu posudu, gde se sa površine uklanjaju nečistoće, a zatim se ravnomerno i neprekidno propušta kroz bakarni kristalizator u kome počinje očvršćavanje i komoru za hlađenje, gde se očvršćavanje završava. Odlivak se izvlači, savija i ispravlja, da bi ušao u uređaj za sečenje brzinom jednakom brzini ulivanja u pomoćnu posudu. Za izvlačenje odlivka koristi se čelična šipka, tzv. starter. Sam postupak ima niz prednosti u odnosu na livenje ingota, jer se dobija homogenija i sitnozrnija struktura čelika usled veće brzine hlađenja, a postupak je i ekonomičniji.

U procesu dobijanja i izlivanja čelik veoma lako rastvara gasove (O2, N2, H2, CO2 i CO) koji izazivaju poroznost i nehomogenost strukture, što se loše odražava pre svega na mehaničke osobine. Prema količini zaostalih gasova u toku očvršćavanja čelici se dele na neumirene, poluumirene i umirene.

c2

Neumireni čelici sadrže do 0,3% C i oko 0,02% Si, i nepotpuno su dez-oksidisani sa Mn i Al (dezoksidatori). Odlikuju se prisustvom gasnih pora duž spoljašnje strane ingota, sl. a, što obezbeđuje mekši površinski sloj, a time i lakšu obradu deformacijom na hladno. Koriste se za izradu limova i šipki. Pore prisutne u neumirenim čelicima utiču na smanjenje žilavosti, dinamičke čvrstoće i sposobnosti za zavarivanje.

c3

Umireni čelici sadrže više od 0,3% C i od 0,15-0,6% Si. Oksidi se dezoksidacijom ne udaljavaju, već stvaraju suspenziju u rastopu i ostaju u očvrslom čeliku. U umirenim čelicima nema gasnih mehurova, ali se na vrhu ingota formira lunker-šupljina, sl.b, koja se otklanja odsecanjem. Umi-reni čelici imaju homogenu strukturu bez šupljina i pogodni su za rad na niskim temperaturama.

Poluumireni čelici sadrže od 0,3-0,9% C i oko 0,15% Si, a dezoksidisani su u većoj meri nego neumireni. Osim Mn i Al, kao dezoksidator deluje i Si. Pore su koncentrisane na gornjem delu odlivka sl.c. Primenjuju se za izradu profila i debljih limova. Dobijanje im je ekonomično.

 

PODELA ČELIKA

Čelici mogu da se podele prema:

hemijskom sastavu,

nameni,

strukturi,

načinu dobijanja,

kvalitetu,

obliku i stanju poluproizvoda.

Prema hemijskom sastavu čelici se dele na:

ugljenične čelike,

legirane čelike.

Prema nameni čelici se dele na:

– konstrukcione čelike,

– alatne čelike,

– čelike sa posebnim svojstvima.

Prema strukturi čelici mogu da budu feritni, podeutektoidni, eutek-toidni, nadeutektoidni, ledeburitni, austenitni i martenzitni (martenzit je struktura koja se dobija termičkom obradom – kaljenjem, koja se odlikuje visokom tvrdoćom).

Prema načinu dobijanja razlikuju se Tomasov, Besemerov, Simens-Martenov i elektro-čelik.

Prema kvalitetu, tj. sadržaju sumpora i fosfora, čelici se dele na:

– čelike običnog kvaliteta (ugljenične) sa sadržajem sumpora do 0,06% i fosfora do 0,07%,

– kvalitetne čelike (ugljenični i legirani) sa sadržajem sumpora 0,035-0,04% i fosfora 0,035-0,04%,

– visoko kvalitetne čelike (legirani) sa sadržajem sumpora do 0,025% i fosfora do 0,025%,

– plemenite čelike (legirani) sa sadržajem sumpora do 0,015% i fosfora do 0,015%.

Prema obliku i stanju poluproizvoda čelici se dele na: valjane, vuče-ne, kovane, livene, brušene, presovane i ljuštene.

UGLJENIČNI ČELICI

Ugljenični čelici su legure železa i ugljenika (sa sadržajem C do 2,0%), u kojima su prisutne primese. Na ugljenične čelike otpada 90% svetske proizvodnje čelika, pa oni predstavljaju osnovni materijal u mašinskoj industriji. Ugljenik je osnovni i najuticajniji element od kojeg zavise struktura i osobine čelika.

Prema sadržaju ugljenika, ovi čelici se dele na:

niskougljenične do 0,25% C,

srednjeugljenične od 0,25% do 0,6% C,

viskokougljenične preko 0,6% C.

Prema nameni, ugljenični čelici se dele na:

konstrukcione, do 0,6% C i

alatne, preko 0,6% C.

Uticaj ugljenika na strukturu i svojstva ugljeničnih čelika

Prema metastabilnom dijagramu stanja, sa porastom sadržaja ugljenika, struktura čelika se menja od feritne, feritno-perlitne, perlitne, do perlitno-cementitne. Prema tome, mehanička svojstva ugljeničnih čelika zavise od sadržaja ugljenika.

Sadržaj od 0,1% C povećava zateznu čvrstoću čelika za oko 90 MPa, a napon tečenja za oko 45 MPa. Poređenja radi, za sličan porast zatezne čvrstoće potrebno je 1% Mn, Si, ili Cr. Znači, ugljenik utiče na osobine železa oko deset puta više nego navedeni legirajući elementi.

Imajući u vidu svojstva pojedinih struktura čelika, jasno je da sa porastom sadržaja ugljenika kod podeutektoidnih čelika značajno raste zatezna čvrstoća, Rm, u manjoj meri napon tečenja, ReH, i tvrdoća, a smanjuje se izduženje, A, i kontrakcija, Z.

Kod nadeutektoidnih čelika sa porastom sadržaja ugljenika i dalje rastu napon tečenja i tvrdoća. Zatezna čvrstoća raste do približno 1,2% C, kada dostiže maksimum, a potom opada. Ovo može da se objasni povećanjem količine sekundarnog cementita koji se izdvaja na granicama perlitnih zrna, pri porastu sadržaja ugljenika. To dovodi do smanjenja zatezne čvrstoće, a nema uticaja na tvrdoću i napon tečenja.

c4

Osim ugljenika, u sastav čelika ulaze i drugi elementi koji se smatraju pratećim, skrivenim ili slučajnim primesama, što je šematski prikazano. Prateće primese, Si, Mn, Al, S i P u čeliku posledica su procesa dobijanja gvožđa i čelika.

c5

Skrivene primese u čelicima (N2, O2, H2) potiču iz vazduha s kojim rastopljeni čelik dolazi u kontakt u toku izlivanja.

Slučajne primese su svi elementi koji ne spadaju u prateće ili skrivene primese, a ima ih u čeliku u sadržaju manjem od minimalno propisanog.

Sadržaj primesa u čelicima treba da se svede na najmanju meru, s obzirom na to da oni grade nepoželjna jedinjenja kao što su sulfidi, oksidi i fosfidi.

Sumpor je štetna primesa. Rastvorljivost sumpora u železu je toliko mala da i najmanji sadržaj sumpora dovodi do obrazovanja sulfida železa FeS. Između FeS i železa obrazuje se eutektoid koji se izdvaja na granica-ma zrna i topi na 985ºC. Sumpor je često uzrok pojave krtog loma, poznatog pod nazivom crveni lom. Štetan uticaj FeS se smanjuje ako se doda mangan (FeS + Mn → Fe + MnS). Nastalo hemijsko jednjenje MnS topi se na ~ 1620ºC, pa se time otklanja opasnost od crvenog loma. Međutim, pri hladnoj i toploj deformaciji MnS se deformiše, izazivajući trakavost, odnosno raslojavanje ferita i perlita. Ipak, ova pojava nije tako štetna kao crveni lom, jer trakavost može da se otkloni naknadnim žarenjem, tj. normalizacijom.

Sumpor u čelicima za automate može da bude koristan jer pomaže stvaranje krte i lomljive strugotine, čime se ubrzava obrada rezanjem. Kod ovih čelika dozvoljen sadržaj sumpora je do 0,3%.

Fosfor je takođe štetan jer sa železom gradi fosfide koji utiču na sma-njenje sposobnosti deformacije u hladnom stanju i izazivaju tzv. plavi lom.

Mangan i silicijum povećavaju čvrstoću čelika, ali smanjuju njegovu plastičnost i žilavost. Aluminijum popravlja svojstva čelika usitnjavajući metalno zrno, osim u obliku oksida Al2O3, kada je štetna primesa.

Kiseonik se u čeliku nalazi u vidu raznih oksida, koji nepovoljno utiču na svojstva čelika.

Azot obrazuje nitride koji povećavaju tvrdoću, ali smanjuju žilavost čelika, pa se smatra štetnom primesom.

Vodonik je u čelicima štetna primesa jer stvara pore, koje posle valjanja ili kovanja prelaze u prsline, što smanjuje žilavost.

LEGIRANI ČELICI

Legirani čelici osim ugljenika (i primesa) sadrže i druge legirajuće elemente, koji se dodaju radi poboljšanja zahtevanih svojstva. Legirani čelici se dele prema broju, sadržaju i vrsti legirajućih elemenata.

Prema broju legirajućih elemenata, čelici se dele na jednostruko i višestruko legirane.

Prema ukupnom sadržaju legirajućih elemenata, čelici se dele na:

nisko legirane – do 5% legirajućih elemenata i

visoko legirane – više od 5% legirajućih elemenata.

Nisko legirani čelici imaju istu strukturu i slične osobine kao ugljenični (nelegirani) čelici. Neke njihove osobine poboljšavaju legirajući elementi u zavisnosti od vrste i količine. Glavne prednosti nisko legiranih čelika u odnosu na ugljenične su veća žilavost pri istoj čvrstoći, viši napon tečenja, veća čvrstoća na povišenim temperaturama i manja sklonost ka stvaranju prslina.

Visoko legirani čelici imaju, po pravilu, specijalna svojstva koja nemaju ugljenični i nisko legirani čelici, kao što su vatrootpornost, otpor-nost prema habanju, sposobnost rezanja pri crvenom usijanju i koroziona postojanost. Osim toga, neki visoko legirani čelici imaju specifične električne i magnetne osobine ili mali koeficijent linearnog širenja.

Prema vrsti legirajućih elemenata, razlikuje se više grupa čelika, koji se nazivaju prema legirajućim elementima: Cr-Ni čelici, Cr čelici, Ni čelici, Mo čelici, Cr-Mo-V čelici, Mn čelici, V čelici, Si čelici.

Uticaj legirajućih elemenata na strukturu i svojstva čelika

Za svaki element određena je gornja granica do koje se on smatra primesom, odnosno legirajućim elementom preko te granice, tab.1.

c6

Kao što je prikazano u tab.2, legirajući elementi u čeliku mogu da:

– se rastvaraju u α i γ-železu, gradeći čvrste rastvore;

– stvaraju sopstvene karbide ili se rastvaraju u cementitu;

– stvaraju intermetalna jedinjenja ili jedinjenja sa nemetalima i

– budu u elementarnom obliku.

c7

Uticaji pojedinih legirajućih elemenata na mehanička i ostala svojstva može da se opiše na sledeći način:

– Sa povećanjem sadržaja mangana povećavaju se zatezna čvrstoća i tvrdoća, u manjoj meri i napon tečenja, dok se žilavost smanjuje.

– Sa povećanjem sadržaja silicijuma povećavaju se napon tečenja i zatezna čvrstoća, a smanjuje sposobnost deformisanja i žilavost.

– Do sadržaja od 5 – 6% Cr povećavaju se zatezna čvrstoća, napon teče-nja i sposobnost deformisanja, a iznad tog sadržaja ova svojstva opadaju. Sadržaj Cr iznad 1% smanjuje žilavost. Povećanjem sadržaja Cr povećavaju se otpornost prema oksidaciji na povišenim temperatu-rama i otpornost prema koroziji.

– Do sadržaja od 10% Ni povećavaju se napon tečenja i zatezna čvrstoća, a neznatno se smanjuje sposobnost deformisanja. Naročito povoljan uticaj Ni ima na žilavost na niskim temperaturama.

– Molibden, vanadijum i volfram imaju sličan uticaj koji se ogleda u povećanju napon tečenja, zatezne čvrstoće i tvrdoće, uz smanjenje žilavosti. Osim toga, ovi elementi popravljaju mehaničke osobine na povišenim temperaturama, kao i otpornost prema koroziji.

– Mala količina Al u čeliku povećava zateznu čvrstoću, ali smanjuje plastičnost i žilavost. Sa Cr i Si, Al povećava otpornost prema oksidaciji na povišenim temperaturama.

– Sa povećanjem sadržaja bakra povećavaju se zatezna čvrstoća i napon tečenja, kao i otpornost prema atmosferskoj koroziji i koroziji u morskoj vodi, ali se bitno smanjuje žilavost.

– Niobijum i titan povećavaju zateznu čvrstoću, ali smanjuju žilavost. Koriste se i kao stabilizirajući elementi kod čelika otpornih prema koroziji u agresivnim sredinama.

– Olovo povećava krtost strugotine, pa se koristi kod čelika za automate.

OZNAČAVANJE ČELIKA

Prema standardu JUS C.B0.0022 čelici se označavaju nizom slovnih i brojčanih simbola. Opšta oznaka čelika može da se predstavi na sledeći način:

c8

Prema standardu čelici su svrstani u dve grupe:

– čelici sa utvrđenim mehaničkim svojstvima i

– čelici sa utvrđenim hemijskim sastavom i mehaničkim svojstvima.

Čelici sa utvrđenim mehaničkim svojstvima u osnovnoj oznaci imaju:

– na prvom mestu broj 0;

– na drugom mestu broj koji označava nazivnu, odnosno minimalnu vrednost zatezne čvrstoće koja je utvrđena za čelike u toplo oblikova-nom ili normalizovanom stanju. Značenje simbola dato je u tab.3;

– na trećem, četvrtom i petom mestu broj koji označava pripadnost čelika podgrupi, tab.4.

c9

Primer oznake čelika sa utvrđenim mehaničkim svojstvima je: Č0545, kod kojeg 0 označava pripadnost navedenoj grupi, 5 označava zateznu čvrstoću (480 – 580 MPa), a 45 označava da je sadržaj S i P ograničen.

Ugljenični i legirani čelici sa utvrđenim hemijskim sastavom i mehaničkim svojstvima u osnovnoj oznaci imaju:

– za ugljenične čelike na prvom mestu cifru 1;

– za legirane čelike na prvom mestu brojčani simbol najuticajnijeg legirajućeg elementa, tab.5. Najuticajnijim legirajućim elementom se smatra onaj element koji ima najveći proizvod sadržaja i faktora uticajnosti, datog u tab.6;

– za ugljenične čelike na drugom mestu je desetostruka vrednost maksimalnog sadržaja ugljenika zaokruženog na desetine;

– za legirane čelike na drugom mestu je brojčani simbol elementa drugog po uticaju. Kod jednostruko legiranih čelika simbol na drugom mestu je 1;

– na trećem, četvrtom i petom mestu je brojčani simbol koji označava podgrupu čelika po nameni, tab.7.

c10

c11

Primeri oznake čelika sa utvrđenim hemijskim sastavom i mehaničkim svojstvima su:

– Č1840, kod kojeg 1 označava da se radi o ugljeničnom čeliku, 8 označava sadržaj ugljenika (približno 0,8%), a 40 označava da se radi o alatnom čeliku;

– Č4570, kod kojeg 4 označava da je Cr najuticajniji legirajući element, 5 označava da je Ni drugi legirajući element po uticajnosti, a 70 označava da se radi o hemijski postojanom i vatrootpornom čeliku.

Dopunske oznake za namenu, odnosno stanje osnovnih proizvoda od čelika su date u tab.8.

c12

OZNAČAVANJE ČELIKA PO EVROPSKIM NORMAMA

en 001

en1 001

en2 001

KONSTRUKCIONI ČELICI

Od konstrukcionih čelika se zahteva da imaju dobra mehanička svojstva, da se dobro obrađuju rezanjem, deformisanjem (kovanje, valjanje, izvlačenje, presovanje), da imaju dobru zavarljivost i nisku cenu.

Prema čvrstoći (naponu tečenja), ovi čelici se razvrstavaju u četiri grupe:

1. čelici niske čvrstoće, Re < 250 MPa,

2. čelici srednje čvrstoće, 250 MPa < Re < 750 MPa,

3. čelici visoke čvrstoće, 750 MPa < Re < 1550 MPa,

4. čelici ultravisoke čvrstoće, Re > 1550 MPa.

Ugljenični konstrukcioni čelici pripadaju prvoj grupi, a legirani čelici drugoj, trećoj ili četvrtoj.

Konstrukcioni čelici se koriste za čelične konstrukcije ili konstrukcione elemente u mašinogradnji, mostogradnji, brodogradnji, kotlogradnji, izradi cevovoda i sličnih konstrukcija.

U ovoj grupi čelika će biti opisani i ugljenični i legirani konstrukcioni čelici, koji obuhvataju i neke čelike sa specijalnim svojstvima. Postoji više grupa konstrukcionih čelika.

Opšti konstrukcioni čelici

U ovu grupu čelika spadaju ugljenični i niskolegirani čelici sa utvrđenim mehaničkim svojstvima – JUS C.B0.500. Opšti konstrukcioni čelici se primenjuju za izradu zavarenih konstrukcija i cevovoda, konstrukcija spojenih vijcima i zakovicama, u visokogradnji, mostogradnji, hidrogradnji i mašinogradnji ili za dalju preradu hladnim presovanjem, vučenjem i vrućim kovanjem ili valjanjem.

Opšti konstrukcioni čelici svrstani su u šest grupa kvaliteta i to:

• grupi O pripada čelik čija je oznaka Č0000 koji se koristi za neodgovorne delove;

• grupi A pripadaju čelici čija se osnovna oznaka završava brojem 0; koriste se za statički opterećene zavarene konstrukcije koje nisu izložene većim temperaturnim promenama, niti temperaturama nižim od –10°C (Č0270, Č0370, Č0460);

• grupi B pripadaju čelici čija se osnovna oznaka završava brojem 1; koriste se za odgovorne zavarene konstrukcije kod kojih ne postoji opasnost od krtog loma. Mogu da budu izloženi radu na temperaturi do –10°C (Č0361, Č0371, Č0461 i Č0561);

• grupi C pripadaju čelici čija se osnovna oznaka završava brojem 2; koris-te se za odgovorne zavarene konstrukcije izložene statičkim ili dinamič-kim opterećenjima, ali ne i niskim temperaturama (Č0362, Č0562);

• grupi D pripadaju čelici čija se osnovna oznaka završava brojem 3; koriste se za odgovorne zavarene konstrukcije izložene dinamičkim opterećenjima i niskim temperaturama, do –30°C (Č0363, Č0463, Č0563);

• grupi M pripadaju čelici čija se osnovna oznaka završava brojem 5; koriste se za odgovorne mašinske delove kao što su osovine, vratila, zupčanici, klinovi (Č0545, Č0645, Č0745).

Finozrni konstrukcioni čelici

Finozrni konstrukcioni čelici su potpuno umireni – JUS C.B0.502. Elementi kao što su vanadijum, niobijum, titan, koji se vezuju u nitride, ili nitride i karbide, daju čelik sa finim (sitnim) zrnom. Finozrni konstruk-cioni čelici se koriste za izradu cevovoda za visoke pritiske, posude pod pritiskom, elemenata drumskih vozila, železničkih vagona, cisterni za prevoz gasa, mostova, industrijskih hala, različitih zavarenih konstrukcija i posebne namene. Ova grupa čelika obuhvata:

– osnovne čelike,

– čelike za povišene temperature i

– čelike za niske temperature.

Finozrni konstrukcioni čelici se označavaju na specifičan način, različito od JUS C.B0.002.

Čelici za cementaciju

Čelici za cementaciju su konstrukcioni čelici sa malim sadržajem uglje-nika (0,1 – 0,25%), JUS C.B9.020, koji se koriste za delove kod kojih se površinski sloj cementira ili karbonitrira (Cementacija je termohemijski proces obogaćivanja površinskog sloja ugljenikom. Karbonitriranje je termohemijski proces obogaćivanja površinskog sloja ugljenikom i azotom istovremeno.).

Posle cementiranja ili karbo-nitriranja i odgovarajuće termičke obrade postiže se visoka tvrdoća, otpornost prema habanju i koroziji površinskog sloja, dok jezgro zadržava dobru žilavost. Prema hemijskom sastavu čelici za cementaciju mogu da budu ugljenični i legirani.

Ugljenični čelici za cementaciju. Ovi čelici su niskougljenični sa sadržajem ugljenika do 0,2% (Č1120, Č1121, Č1220, Č1221, Č1281). Upotrebljavaju se za izradu delova malih dimenzija i jednostavnih oblika, izloženih habanju i malim opterećenjima, gde se ne zahteva visoka čvrsto-ća jezgra (ručice, poluge, rukavci, zglobovi).

Legirani čelici za cementaciju. Ovi čelici su niskolegirani sa hromom, manganom, niklom, molibdenom, sa sadržajem ugljenika 0,18 – 0,24% (Č4120, Č4721, Č5420, Č7420). Koriste se za izradu delova većih dimenzija, jače opterećenih i odgovornih, kod kojih se zahteva visoka tvrdoća površinskog sloja i dovoljno visoka čvrstoća i žilavost jezgra.

Čelici za poboljšanje

Čelici za poboljšanje (Poboljšanje je termička obrada koja se sastoji od kaljenja i visokog otpuštanja. Posle nje se dobija optimalna kombinacija čvrstoće i žilavosti.)

– JUS C.B9.021, posle termičke obrade imaju visoku vrednost napona tečenja i zatezne čvrstoće, dobru plastičnost, malu osetljivost na koncentraciju napona, visoku vrednost dinamičke čvrstoće i dovoljnu žilavost. Prema hemijskom sastavu čelici za poboljšanje se dele na ugljenične i legirane.

Ugljenični čelici za poboljšanje su čelici sa sadržajem ugljenika 0,3 – 0,5%. Ovi čelici se upotrebljavaju za izradu delova preseka do 100 mm, imaju malu sklonost ka obrazovanju prslina, ali su osetljivi na zareze. Za izradu konstrukcionih delova koji su manje opterećeni upotrebljavaju se čelici Č1330, Č1430, a za opterećenije delove Č1530, Č1531, Č1580, Č16301, Č16302, Č16303, Č1630, Č1631, Č1680, Č1730, Č1731, Č1780 (kolenasta vratila, bregaste osovine, osovinice klipova, zavrtnji, zupčanici).

Legirani čelici za poboljšanje. Za izradu delova većeg poprečnog preseka do 250 mm, upotrebljavaju se čelici legirani sa hromom, niklom, molibdenom i vanadijumom. Hrom-čelici Č41301, Č41302, Č4132 i Č41321 su pogodni za izradu delova relativno malih dimenzija (osovina, manjih vratila, klinova, poluga i navrtki), čelici Č41331, Č4130, Č4180 imaju povišenu čvrstoću i upotrebljavaju se za odgovornije delove (kole-nasta vratila, osovine, zupčanike, zavrtnje), a čelici Č4131, Č4181, Č4134, Č4184 se koriste za delove izložene habanju, ali bez većih udarnih optere-ćenja (veliki zupčanici i vratila). Hrom-nikl-molibden čelici (Č5430, Č5431 i Č5432) imaju visoku vrednost zatezne čvrstoće i napona tečenja, dobru žilavost i visoku vrednost dinamičke čvrstoće, pa se koriste za izradu delova koji su jako opterećeni naizmenično promenljivim optereće-njima.

Čelici za opruge

Čelici za opruge moraju da imaju što veći napon tečenja, visoku vrednost granice elastičnosti, dobru dinamičku čvrstoću i zadovoljavajuću žilavost JUS C.B0.551. Ove uslove mogu da zadovolje ugljenični i legirani čelici sa Si, Mn, Cr, V, W. Čelici za opruge legirani sa silicijumom i manganom (Č2130, Č2135, Č2330, Č2331) koriste se za izradu elastičnih podloški, tanjirastih, lisnatih, prstenastih i pužnih opruga, kao i lisnatih opruga za šinska vozila. Ako su legirani sa Cr i V (Č4830), koriste se za opruge velikih prečnika, najviše opterećenih opruga drumskih vozila i zavojnih opruga.

Čelici za automate

Čelici za automate su hemijskim sastavom i strukturom podešeni za obradljivost rezanjem na automatima JUS C.B0.505. Karakteristično svojstvo čelika za automate je da se pri obradi rezanjem obrazuje kratka i krta strugotina, koja se lomi na malom rastojanju ispred sečiva alata za rezanje. Obrazovanje ovakve strugotine obezbeđuje bolje odvođenje toplote sa obrađivane površine, što omogućava veće brzine rezanja, veću postojanost alata, kao i dobijanje čiste i glatke površine obrađivanih delova. Ovo značajno svojstvo se postiže povećanjem sadržaja sumpora i fosfora. Čelici za automate se legiraju i sa manjom količinom olova. Zbog povećanog sadržaja sumpora, fosfora i olova, plastičnost i žilavost ovih čelika je smanjena. Stoga se koriste za masovnu proizvodnju malo odgovornih delova od kojih se ne zahtevaju visoka mehanička svojstva (zavrtnji, navrtke, podmetači, rascepke). U čelike ove grupe spadaju Č3990, Č3190, Č1590.

Čelici otporni prema habanju

Za delove izložene habanju u uslovima visokih pritisaka i udara (članci guseničnih platna, delovi drobilica i mlinova, zubi kofice rotornog bagera, zubi kašike bagera, noževi buldožerskih daski, skretnice železničkih i tramvajskih šina) upotrebljava se visokolegirani manganski čelik Č3160 (1,2% C, 12,5% Mn). Niskolegirani čelik Č3134 (0,5% C, 1,8% Mn) upo-trebljava se kada je primena visokolegiranih manganskih čelika otpornih prema habanju necelishodna iz ekonomskih razloga ili zbog teške obrade.

Vatrootporni čelici

Vatrootporni čelici su otporni prema hemijskom razaranju površina u atmosferi vazduha ili gasova na temperaturama višim od 550°C, kada su malo opterećeni ili neopterećeni. Pri visokim temperaturama u sredini zagrejanog vazduha ili produkata sagorevanja goriva, dolazi do oksidacije čelika (gasna korozija). Ugljenični čelici nisu pogodni za ovakve radne uslove, pošto njihova površina intenzivno oksidiše i razara se već na tem-peraturama oko 300°C. Visoku vatrootpornost imaju visokolegirani čelici sa hromom (13 – 25%), silicijumom i aluminijumom. Radi popravljanja mehaničkih svojstava i otpornosti prema oksidaciji, vatrootpornim čelicima se dodaje i nikl (20 – 35%). Temperatura do koje se mogu upotreblja-vati vatrootporni čelici zavisi od sadržaja legirajućih elemenata i radne atmosfere (oksidaciona ili redukciona).

Vatrootporni čelici, legirani hromom, niklom i aluminijumom (Č4970, Č4971, Č4973, Č4578 i Č4579) upotrebljavaju se za izradu pregrejača vazduha, ventilatora, armatura peći, gorionika, kada za termičku i termo-hemijsku obradu, izduvnih sistema gasnih turbina i motora SUS i drugih delova termoenergetskih postrojenja.

Čelici za rad na povišenim temperaturama

Čelici za rad na povišenim temperaturama upotrebljavaju se za izradu delova koji su u eksploataciji izloženi visokim opterećenjima i povišenim temperaturama u toku dužeg vremenskog perioda (lopatice, diskovi, rotori i tela gasnih parnih turbina; cevi pregrejača pare, parovodi i armature parnih kotlova; ventili i drugi delovi motora SUS). Pored dobre čvrstoće pri dugotrajnom opterećenju na povišenim temperaturama od ovih čelika se zahteva i da budu vatrootporni. Čelici za rad na povišenim temperaturama mogu da se razvrstaju prema radnoj temperaturi:

– do 350°C upotrebljavaju se opšti konstrukcioni, ugljenični i niskolegi-rani čelici u poboljšanom stanju (Č1431, Č1531),

– od 400 do 550°C upotrebljavaju se niskolegirani čelici, koji sadrže Cr, Mo i V. Hrom-molibdenski čelici upotrebljavaju se u energetskim pos-trojenjima za cevi pregrejača pare, parovode, kolektore, za armaturu parnih kotlova i parovoda (Č7400 i Č7431). Za odgovornije delove parnih i gasnih turbina (lopatice, osovine, diskove, prirubnice, zavrtnji i navrtke) i za delove parnih kotlova (kotlovske cevi, cevi pregrejača pare, parovode), koristi se Cr-Mo-V čelik Č7432.

– od 500 do 600°C upotrebljavaju se visokolegirani čelici, koji osim 10 –13% Cr sadrže i Mo, V, W, Ti, Nb. Ovi čelici se koriste za lopatice, diskove i rotore turbina, kao i ventile automobilskih i avionskih motora.

Nerđajući čelici

Nerđajući čelici se odlikuju visokom otpornošću prema koroziji, koja se postiže obrazovanjem tankog, tvrdog i kompaktnog površinskog sloja, koji štiti metal od dalje korozije. Osim visoke otpornosti prema koroziji, ovi čelici su i vatrootporni, pa se koriste za rad na temperaturama preko 550°C, umesto niskolegiranih čelika. Ovi čelici su definisani po JUS C.B0.600.

Nerđajući čelici su visokolegirani, a pored najmanje 12,5% hroma sadrže i nikl, molibden, bakar, titan, silicijum, mangan i niobijum.

Nerđajući čelici se koriste za izradu pribora za jelo, elemenata opreme u kuhinjama i restoranima, hirurških instrumenata, dekorativnih delova karoserija automobila. Osim toga, ovi čelici se koriste za kotrljajne ležaje, ventile, opruge, merne instrumente, delove peći i razmenjivača toplote u hemijskoj, petrohemijskoj i termoenergetskoj industriji. Primeri standard-nih oznaka nekih čelika iz ove grupe su Č4171, Č4172, Č4173, Č4174, Č45707, Č4571, Č4572, Č4573 i Č4574. Komercijalno najpoznatiji nerđa-jući čelik je Cr-Ni čelik 18/8, sa 18% Cr i 8% Ni.

ALATNI ČELICI

Alatnim čelicima nazivaju se ugljenični i legirani čelici, koji imaju visoku tvrdoću i otpornost prema habanju, a upotrebljavaju se za izradu različitog alata za obradu metala i drugih materijala. Pored dobrih mehaničkih svojstava čelici za alate moraju da imaju i druga važna svojstva, kao što su:

– dobra toplotna stabilnost, da ne bi došlo do promene strukture i meha-ničkih svojstava pri zagrevanju alata u toku procesa rada;

– otpornost prema razugljeničenju površinskog sloja i oksidaciji, jer ove pojave smanjuju čvrstoću, tvrdoću i otpornost prema habanju;

– odgovarajuća toplotna provodljivost, da bi se sprečilo pregrevanje, a time i smanjenje tvrdoće u površinskom sloju, što je naročito važno kod alata za obradu deformacijom u toplom stanju;

– mali koeficijent linearnog širenja na temperaturama kojima je alat izložen u toku rada, tj. dimenziona postojanost;

– dobra obrada brušenjem, što je naročito važno pri izradi alata za merne instrumente. Najvažnije grupe alatnih čeliku su:

(1) ugljenični alatni čelici,

(2) legirani alatni čelici za rad u hladnom stanju,

(3) legirani alatni čelici za rad u toplom stanju i

(4) visokolegirani brzorezni alatni čelici.

Ugljenični alatni čelici

Ugljenični alatni čelici sadrže 0,6 – 1,4% C. Karakteristična su im sledeća svojstva:

– visoka tvrdoća (60 – 64 HRC),

– dobra otpornost prema habanju, koja se zadržava samo do 150°C. Zbog toga se od ugljeničnih alatnih čelika ne izrađuje rezni alat za veće brzine rezanja,

– alat od ugljeničnih alatnih čelika ima relativno dobru žilavost, pa je podoban za izradu alata izloženog jačim udarnim opterećenjima.

Od ugljeničnih alatnih čelika može se izrađivati alat jednostavnog oblika i manjih dimenzija. Ugljenični alatni čelici se dele na grupe:

– I kvalitetna grupa,

– II kvalitetna grupa,

– III kvalitetna grupa,

– čelici za turpije i

– čelici za kose.

U I kvalitetnu grupu ugljeničnih alatni čelika spadaju Č1941 i Č1944, koji se upotrebljavaju za izradu alata gde je potrebna tvrda površina i povećana žilavost (klipovi za pneumatske čekiće).

U II kvalitetnu grupu ugljeničnih alatnih čelika spadaju Č1740, Č1840, Č1940 i Č1943, koji su namenjeni za izradu čekića i alata za kovanje, reznog alata i turpija za drvo, probijača za papir, noževa poljoprivrednih mašina, alata za sečenje, bušenje i obradu mekog i srednje tvrdog kamena.

U III kvalitetnu grupu ugljeničnih alatnih čelika spada čelik Č1540 koji se zbog lošijih svojstava koristi za izradu sitnog alata: srpova, sekira, čekića, noževa, burgija za drvo i drugog ručnog alata.

Čelici za turpije koriste se za izradu turpija srednjih i malih dimenzija (Č1741, Č1946 i Č1948).

Čelici za kose su ugljenični alatni čelici visoke tvrdoće. U ovu grupu spada čelik Č1841 namenjen sa izradu svih vrsta kosa.

Legirani alatni čelici za rad u hladnom stanju

U legirane alatne čelici za rad u hladnom stanju ubrajaju se čelici namenjeni za oblikovanje i mehaničku obradu do 200°C. Osnovni legirajući element kod ove vrste čelika je Cr, a po potrebi se dodaju Mo, W i V. Ovi čelici se primenjuju za alate za procesanje i probijanje, udarne alate, alate za presovanje i vučenje, delove drobilica, mlinova i bagera, alate za poljo-privredu i merne alate. Primeri legiranih alatnih čelika za rad u hladnom stanju su Č6441, Č4755, Č8140, Č4843 i Č7440.

Legirani alatni čelici za rad u toplom stanju

U legirane alatne čelike za rad u toplom stanju ubrajaju se čelici name-njeni za izradu alata za kovanje i presovanje šipki i cevi, alata za livenje pod pritiskom, alata za izradu valjaka, matica, zakovica i čepova.

Osnovni legirajući elementi kod ove vrste čelika su Cr, Mo i V, a često se dodaje i W. Legirani alatni čelici za rad u toplom stanju su Č4751, Č7450 i Č6450.

Brzorezni alatni čelici

Brzorezni alatni čelici su toplotno postojani, tj. zadržavaju visoku tvrdoću i otpornost prema habanju na povišenim temperaturama (620 –650°C), koje se pojavljuju na površinama alata pri rezanju velikim brzina-ma. Ovi čelici dozvoljavaju 2–4 puta veće brzine rezanja, a postojanost je 10–30 puta veća od postojanosti alata izrađenih od ugljeničnih čelika.

Brzorezni alatni čelici spadaju u visokolegirane čelike, a osnovni legirajući elementi su W i Mo, koji obezbeđuju toplotnu postojanost. Dodavanjem Co i V povećava se toplotna postojanost brzoreznih alatnih čelika, što im obezbeđuje visoku tvrdoću na povišenim temperaturama.

Prema stepenu uticaja legirajućih elemenata brzorezni čelici se dele na molibdenske, volframske i kobaltne. Molibdenski i kobaltni brzorezni čelici (Č7680, Č7880 i Č9780) se odlikuju visokom otpornošću prema habanju i relativno dobrom žilavošću. Koriste se za izradu alata izloženih udarima u toku rada (noževi i glodači za grubu obradu, spiralne burgije). Volframski brzorezni čelici (Č6880 i Č6980) se koriste za visoko opterećene alate pri velikim brzinama rezanja i za grubu obradu pod najtežim uslovima.

ČELIČNI LIV

Čelični liv (ČL) je legura železa i ugljenika od koje se izrađuju odlivci za rad u uslovima dinamičkog opterećenja, kada se ne preporučuje upotreba livenih gvožđa. Podela ČL prema nameni je analogna podeli čelika, tako da se ČL do 0,6% C smatraju konstrukcionim, a preko 0,6% C alatnim.

Čelični liv objedinjuje dobra svojstva čelika i livenog gvožđa, jer ima dobra mehanička svojstva i može da se lije. Međutim, u poređenju sa livenim gvožđima, čelični liv ima lošija svojstva livenja jer se više skuplja (do 2% u odnosu sa 1%) i zahteva višu temperaturu ulivanja (preko 1600°C, u poređenju sa ∼1300°C). Svojstva livenja se popravljaju sa povećanjem sadržaja ugljenika, ali se istovremeno smanjuje žilavost ČL.

Zavisno od sastava konstrukcioni čelični livovi se dele na niskouglje-nične (0,1 ÷ 0,25% C), srednjeugljenične (0,25 ÷ 0,4% C), visokougljenič-ne (0,4 ÷ 0,6% C) i legirane. Niskougljenični ČL koriste se za izradu malo opterećenih odlivaka (kućišta elektromotora, delova vagona, putničkih vozila i brodova). Srednjeugljenični ČL se koristi za izradu veoma opterećenih odlivaka (točkovi elektrolokomotiva, šinobusa i dizalica, postolja mašina i kućišta parnih turbina, kućišta i radna kola hidro-turbina, ramovi kovačkih presa). Visokougljenični ČL koristi se za izradu opterećenih odlivaka izloženih habanju (npr. veliki zupčanici u cementarama i valjaonicama).

Legirani čelični livovi se dele na manganske, hromne i višestruko legi-rane (Cr-Mn, Cr-Mo, Cr-Mo-V, Cr-Ni). Osnovni razlozi za legiranje su povećanje otpornosti prema habanju, otpornosti prema koroziji i vatro-otpornosti.

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

Jedno reagovanje na ČELICI

  1. Vanja Maksimovic (Hrvat :D ) kaže:

    GDJE SU KONSTRUKCIONI CELICI ? Prijavicu vas u MUP 😀
    Hvala ❤

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