Materijali 2 - 1. kolokvij N.P.

Question 1

Što je čelik?

Answer 1

Čelik je metastabilno kristalizirana Fe-C legura (< ili = 2%C) uz prisutne pratioce (Si, Mn) i nečistoće (P, S i ostali) te uz eventualni dodatak 1 ili više legirnih elemenata.

Question 2

Od kojih se sirovina i u kojim postrojenjima proizvodi sirovo željezo?

Answer 2

Sirovo se željezo proizvodi u visokim pećima od željezne rude (hematita, magnetita, limonita, siderita), koja se skupa s vapnencem i koksom ubacuje na vrh visoke peći te
se na dnu dovodi vrući zrak koji pali koks. Reakcijom između zraka i koksa razvija se CO koji reducira željezov oksid. Nastaju sirovo željezo, troska i visokopećni plin.

Question 3

Navedite osnovne vrste sirovog željeza obzirom na kemijski sastav i oblik pojave ugljika.

Answer 3

Nastaje sivo sirovo željezo i bijelo sirovo željezo. Sivo sadrži listićasti grafit te se od njega proizvodi sivi lijev ili kuglasti grafit iz kojeg nastaje nodularni lijev. Bijelo željezo
ima povišen %Mn i ugljik u karbidu. Tvori bijeli tvrdi lijev, a decementacijskim žarenjem dobiva se bijeli ili crni temper lijev.

Question 4

Opišite utjecaj sadržaja ugljika na osnovna svojstva nelegiranih čelika.

Answer 4

Ugljik je najutjecajniji element u čelicima, o njemu ovisi mikrostruktura, a time i njegova svojstva. Kod nelegiranih čelika s <0,8%C povišenjem udjela ugljika raste tvrdoća (HV), granica tečenja (Re), vlačna čvrstoća (Rm), a smanjuje se istezljivost (A),kontrakcija (Z) i udarni rad loma (zato što raste udio tvrdog i krhkog Fe3Cid -eutektoidnog karbida). Kod čelika s >0,8%C povišenjem udjela ugljika i dalje raste HV, ali pada vlačna čvrstoća jer je povišen udio sekundarnog karbida (Fe3C’’). Porastom %C pada hladna deformabilnost i zavarljivost, a raste zakaljivost.

Question 5

Usporedite strukturu i osnovna svojstva nelegiranih čelika s 0,2%C i 1,2%C.

Answer 5

Čelik s manjim postotkom ugljika bit će lošije zakaljiv od onog s većim postotkom. Čelik s 1,2%C također će postizati veću tvrdoću, no ima manju istezljivost i kontrakciju od niskougljičnog čelika. Hladna deformacija pada porastom %C, stoga će čelik s
0,2%C imati bolju sposobnost hladne deformacije, također i bolju zavarljivost.

Question 6

Kako silicij (Si) i mangan (Mn) utječu na oblik pojave ugljika u sirovom željezu?

Answer 6

Silicij je grafitizator - pospješuje pojavu ugljika u obliku grafita, a mangan je cementator - pospješuje stvaranje Fe3C.

Question 7

Navedite strukturu općeg konstrukcijskog čelika za nosive konstrukcije i osnovna svojstva.

Answer 7

Opći konstrukcijski čelik za nosive konstrukcije ima <0,2%C, te feritno-perlitnu strukturu. Kako bi se smanjila opasnost od krhkog loma, treba biti što niži postotak ugljika i nečisoća (P, S, N) te što manje uključaka. Osnovna su svojstva takvog konstrukcijskog čelika nosivost i sigurnost (visoka granica razvlačenja Re, vlačna čvrstoća Rm i žilavost KU/KV), velika površina ispod krivulje u F-∆l dijagramu što jamči sigurnost od krhkog loma. Temperatura uporabe je od -40 do +50°C. Treba imati što bolju zavarljivost, oblikovljivost i rezljivost.

Question 8

Koja faza u mikrostrukturi prevladava kod općih konstrukcijskih čelika za nosive konstrukcije i koje tehnološko svojstvo je zbog toga dobro?

Answer 8

Prevladava ferito-perlitna mikrostruktura no ako je viši sadržaj ugljika i perlitne faze u mikrostrukturi, iznos granice razvlačenja bit će viši. Visoka granica razvlačenja bitno je svojstvo za bolju nosivost i sigurnost čelika.

Question 9

Koje su osnovne razlike u svojstvima općih konstrukcijskih čelika za nosive konstrukcije i čelika za strojogradnju? Imaju li iste mikrostrukture i konstituente?

Answer 9

Čelici za strojogradnju imaju 0,3 - 0,5%C, stoga imaju slabiju zavarljivost od općih konstrukcijskih čelika za nosive konstrukcije. Imaju višu vlačnu čvrstoću te višu tvrdoću i veću otpornost na trošenje. Čelici za strojogradnju nemaju zahtjeve na
žilavost i zavarljivost.

Question 10

Skicirajte dijagram naprezanje-istezanje općeg konstrukcijskog čelika za nosive konstrukcije i čelika povišene čvrstoće. Kako se postiže povišena čvrstoća?

Answer 10

Povišena se čvrstoća postiže mehanizmima
očvrsnuća: očvrsnuće kristalima mješancima
(povišenje %C, legiranje), očvrsnuće
martenzitnom transformacijom (kaljenje),
očvrsnuće hladnom deformacijom (povisuje
gustoću dislokacija), očvrsnuće usitnjenjem
zrna, očvrsnuće precipitacijom (disperzijom
faza)

Question 11

Koja dobra svojstva imaju normalizirani sitnozrnati čelici i zašto?

Answer 11

Normalizirani sitnozrnati čelici nisu osjetljivi na krhki lom i imaju dobru zavarljivost.
Dobra zavarljivost osigurana je niskim masenim udjelom ugljika (<0,2%) i Ce<0,4 (vrijednost ekvivalenta ugljika).

Question 12

Skicirajte dijagram naprezanje-istezanje općeg konstrukcijskog čelika za nosive
konstrukcije i normaliziranog sitnozrnatog čelika i u tom dijagramu naznačite
najvažnija svojstva.

Answer 12

dijagram kao u 10. zadatku

Question 13

Koji su kriteriji odlučujući za odabir vrste čelika unutar skupine čelika za
cementiranje?

Answer 13

Odgovarajući čelik za cementiranje odabiremo po zahtijevanim mehaničkim
svojstvima sredine presjeka. Nelegirani čelici za cementiranje bolji su za dijelove
manjih presjeka koji nisu udarno opterećeni zbog njihove slabije prokaljivosti.
Legirani i jače legirani čelici bolje su prokaljivi te su bolji izbor za dijelove većih
dimenzija i viša mehanička opterećenja.

Question 14

Objasnite zašto svi čelici za cementiranje posjeduju približno jednaku otpornost
trošenju (skica).

Answer 14

Otpornost na trošenje cementiranog površinskog sloja približno je jednaka za sve
čelike. Ona ovisi o tvrdoći rubnog sloja koji je kod svih cementiranih čelika pougljičen
i na taj način zakaljiv na maksimalnu tvrdoću. Pougljičavanjem se površinski slojevi
obogaćuju ugljikom na 0,8 - 0,9%C te dostižu maksimalnu postizivu tvrdoću →
Burnsov dijagram. Legirni elementi ne utječu na zakaljivost čelika.

Question 15

Koja skupina čelika ima najbolju kombinaciju visokih statičkih i dinamičkih
otpornosti pri normalnim temperaturama i kakvom mikrostrukturom to postiže?

Answer 15

Najbolju kombinaciju statičkih i dinamičkih otpornosti pri normalnim temp. imaju
čelici za poboljšavanje - koriste se za dijelove koji u radu moraju postići kombinaciju
visoke vlačne čvrstoće Rm, granice razvlačenja Rp0,2, istezljivosti, žilavosti i
dinamičke izdržljivosti Rd. Poboljšavaju se nelegirani i niskolegirani čelici s 0,2 -
0,6%C. Poboljšavanje jest kaljenje + visokotemperaturno popuštanje, stoga
poboljšani čelici imaju visokopopuštenu martenzitnu mikrostrukturu.

Question 16

Koje su razlike u svojstvima čelika za cementiranje i čelika za poboljšavanje? Koje
svojstvo čelika određuje postizanje mehaničkih svojstava u jezgri strojnog dijela?

Answer 16

Čelici za cementiranje imaju višu tvrdoću na površini te su namijenjeni za dijelove od
kojih se zahtijeva otpornost na trošenje. Kako bi mogli postići željena svojstva,
osnovni uvjet za čelike za poboljšavanje je dobra prokaljenost. Čelici za poboljšavanje
postižu jednoličnija svojstva po čitavom presjeku (npr. istezljivost, granica
razvlačenja), dok se kod čelika za cementiranje svojstva uvelike razlikuju po presjeku.
Prokaljivost određuje postizanje mehaničkih svojstava u jezgri strojnog dijela.

Question 17

Koji je osnovni kriterij za odabir vrste čelika unutar skupine čelika za poboljšavanje?
Opišite način ispitivanja tog svojstva.

Answer 17

Izbor čelika za poboljšavanje vrši se na temelju zadanih dimenzija i visine opterećenja,
odnosno na temelju traženih vrijednosti mehaničkih svojstava na kritičnom mjestu
presjeka. Čelici se biraju na osnovu prokaljivosti - legirani čelici bolje su prokaljivi jer
produljuju vrijeme inkubacije. Dakle, za dijelove velikih dimenzija od kojih se traži
visoka granica razvlačenja i udarni rad loma, najbolje
je odabrati visokolegirane čelike za poboljšavanje.
Prokaljivost se ispituje Jominy metodom - intenzivno
se hladi čelo epruvete (propisanih dimenzija i oblika)
pa se na različitim udaljenostima od čela postižu
različite mikrostrukture i tvrdoće ispitivanog uzorka.
Konstruira se Jominy krivulja koja predstavlja tijek
tvrdoća u ovisnosti o udaljenosti od gašenog čela
epruvete.

Question 18

Objasnite što je to prokaljenost, a što prokaljivost čelika. Skicirajte razliku u
prokaljivosti dvaju čelika.

Answer 18

Prokaljivost je postizanje jednoličnih svojstava,
odnosno jednolične tvrdoće na poprečnom presjeku, te ovisi o kemijskom sastavu
čelika i veličini austenitnog zrna, tj. vrsti čelika i vremenu inkubacije Ap. Prokaljenost
čelika ovisi o prokaljivosti, dimenzijama čelika te intenzivnosti gašenja koje je
primijenjeno. (slika u prethodnom pitanju)

Question 19

Zašto mehanička svojstva čelika za poboljšavanje ovise o dimenzijama? Koje vrste
se primjenjuju za veće dimenzije i viša opterećenja?

Answer 19

Mehanička svojstva ovise o dimenzijama jer što su veće dimenzije čelika, to će on
imati slabiju prokaljenost. Zato se za velike dimenzije i viša opterećenja koriste
legirani i visokolegirani čelici (imaju bolju prokaljivost).

Question 20

Što utječe na prokaljivost čelika, a što na prokaljenost dijela? Zašto je važno da
konstrukcijski dio bude dobro prokaljen?

Answer 20

Prokaljivost je postizanje jednoličnih svojstava,
odnosno jednolične tvrdoće na poprečnom presjeku, te ovisi o kemijskom sastavu
čelika i veličini austenitnog zrna, tj. vrsti čelika i vremenu inkubacije Ap. Prokaljenost
čelika ovisi o prokaljivosti, dimenzijama čelika te intenzivnosti gašenja koje je
primijenjeno.Konstrukcijski dio mora biti dobro prokaljen kako bi postigao
jednoličnost svojstava po čitavom presjeku

Question 21

Skicirajte kako se mijenjaju mehanička svojstva čelika za poboljšavanje s
temperaturom popuštanja.

Answer 21

Potrebna temperatura
popuštanja određuje se prema
traženim vrijednostima
mehaničkih svojstava nakon
poboljšavanja, iz dijagrama
koji postoje za svaki čelik.

Question 22

Po kojim se svojstvima razlikuju legirani od nelegiranih čelika za poboljšavanje?

Answer 22

Legirani čelici za poboljšavanje bolje su prokaljivi te podnose veća radna opterećenja,
postižu više granice razvlačenja i udarni rad loma.

Question 23

Koja su osnovna tražena svojstva čelika za opruge i kako se ona postižu?

Answer 23

Od opruge se očekuje da pod djelovanjem opterećenja ostvari traženu elastičnu
deformaciju te nakon rasterećenja postigne elastični povrat. Modul elastičnosti isti je
za sve čelike, stoga višu elastičnu deformaciju možemo dobiti samo povišenjem
granice razvlačenja Re ili Rp0,1. To se ostvaruje povišenim masenim udjelom ugljika
te legiranjem sa Si, Mn, Cr i V. Ostala tražena svojstva za čelik za opruge su: visoka
vlačna čvrstoća Rm (sigurnost od loma), dovoljna rezerva plastičnosti (omjer
R0,1/Rm), otpornost na udarno opterećenje (ud. rad loma KU) te visoka dinamička
izdržljivost Rd (otpornost na lom od udara). Ta se svojstva, osim legiranjem, postižu i
poboljšavanjem ili izotermičkim poboljšavanjem, hladnim deformiranjem te
patentiranjem (izotermičko poboljšavanje + hladna deformacija).

Question 24

Skicirajte u jednom dijagramu ovisnost naprezanja i istezanja za opći konstrukcijski
čelik za nosive konstrukcije i čelik za opruge te naznačite najvažnije traženo
svojstvo čelika za opruge.

Answer 24

-slika

Question 25

Navedite opće uvjete antikorozivnosti. Koja skupina čelika mora biti legirana
gamagenim elementima?

Answer 25

Načini zaštite od korozije su isključivanje uzroka, dodavanje stabilizatora u medij,
primjena materijala otpornih na koroziju te primjena zaštitnih prevlaka / katodne i
anodne zaštite. Uvjeti postojanosti čelika na opću koroziju: u čeliku treba biti barem
12%Cr (obavezno u kristalu mješancu) - na površini će umjesto željeznog oksida
nastajati kromov oksid, čelik treba imati homogenu monofaznu mikrostrukturu (F, A
ili M) bez karbida, oksida ili drugih intermetalnih spojeva jer ne smije biti faza s
različitim elektropotencijalima. Gamagenim elementima legiraju se austenitni
nehrđajući čelici jer šire područje austenita naprotiv kromu koji je jak feritotvorac.

Question 26

Navedite tipove selektivne korozije (uz skicu). Koji tip selektivne korozije je naročito
opasan za visokolegirane korozijski postojane čelike?

Answer 26

Tipovi selektivne korozije su: točkasta,
kontaktna, interkristalna i napetosna
korozija. Za visokolegirane korozijski
postojane čelike, najopasnija je
interkristalna korozija.

Question 27

Objasnite nastajanje interkristalne korozije i načine sprječavanja.

Answer 27

Kod interkristalne korozije pukotina napreduje nevidljivo uzduž granica kristalnog
zrna, razara se metalna veza među kristalima što dovodi do raspada. Duljim držanjem
nehrđajućeg čelika pri temperaturi 425-815°C (npr. pri zavarivanju) dolazi do
SENZIBILIZACIJE, tj. do stvaranja kromovih karbida po granicama zrna. Zbog toga su
područja uz granice zrna osiromašena kromom, pa više ne ispunjavaju nužne uvjete
otpornosti na koroziju. Granice zrna postaju anoda koja se troši. Takva se korozija
može spriječiti legiranjem stabiliziranog čelika s Ti, Nb ili Ta, jer su oni jači
karbidotvorci od kroma stoga će se stvarati njihovi karbidi umjesto kromovog
karbida. Može se izabrati čelik sa što nižim %C jer uz manjak ugljika ne mogu se
stvarati ni karbidi. Ukoliko je već došlo do senzibilizacije, čelik treba ugrijati na oko
1100°C i gasiti u vodi. Na taj se način karbidi na granicama zrna ponovno otapaju u A
ili F, kromovi karbidi nestaju s granica zrna te je A ili F ponovno stabiliziran.

Question 28

Objasnite kontaktnu koroziju i načine njenog sprječavanja.

Answer 28

Kontaktna korozija nastaje pri dodiru dvaju različitih metala/legura u prisustvu
elektrolita. Manje otporan metal postaje anoda i biva napadnut. Od kontaktne se
korozije moguće zaštititi pomoću katodne zaštite, izbjegavanjem metala različitih
potencijala, izoliranjem elemenata u spoju i dodavanjem inhibitora u elektrolit.

Question 29

Objasnite napetosnu koroziju i načine njenog sprječavanja.

Answer 29

U slučajevima napetosne korozije, pukotine su posljedica statičkog ili dinamičkog
vlačnog naprezanja u agresivnoj sredini, nastaju na mjestima zaostalih naprezanja
(zavar, hladno deformirani lokaliteti). Takvoj su koroziji podložni austenitni i
martenzitni čelici. Može se spriječiti žarenjem za smanjenje zaostalih naprezanja.

Question 30

Navedite osnovne razlike u svojstvima feritnih i martezitnih čelika, koja je sličnost,
a koja osnovna razlika u kemijskom sastavu?

Answer 30

Martenzitni čelici imaju višu tvrdoću i čvrstoću te otpornost na trošenje, povišen
%C. Feritni čelici sadrže malen %C (<0,1%C), magnetični su, relativno mekani i slabo
oblikovljivi deformiranjem. I jedan i drugi legiraju se s >13%Cr (nehrđajući čelici).

Question 31

Razlika u legiranju između austenitnih i feritnih čelika? Što se legira gamagenim
elementima?

Answer 31

Feritni čelici legiraju se s 13-17%Cr, dok se austenitni čelici legiraju s >18%Cr i >8%Ni
(nikal se može zamijeniti manganom). Ostali legirni elementi kod austenitnih čelika su
Mo, Ti, Nb, Ta i dr. Gamagenim se elementima legiraju austenitni nehrđajući čelici jer
je krom (koji je neizostavan legirni element) jak feritotvorac.

Question 32

Navedite skupine čelika za rad pri povišenim i visokim temperaturama. Koji se čelici
primjenjuju za najviše radne temperature i zašto?

Answer 32

Vrste mehanički otpornih čelika pri povišenim temp. su: ugljični, niskolegirani (Cr,
Mo, V), visokolegirani (12%Cr martenzitni čelici) i austenitni Cr-Ni (+ Mo, W, V, Ti, Nb)
čelici. Za najviše radne temperature primjenjuju se austenitni Cr-Ni čelici
(Tr=600…750°C). Imaju visoku mehaničku otpornost pri visokim temperaturama i
visoku otpornost puzanju, legiraju se jakim karbidotvorcima - izlučivanje karbida i
toplinski postojanih intermetalnih spojeva (nakon precipitacijskog očvršćivanja).
Austenitna mikrostruktura s FCC rešetkom daje manju pokretljivost atoma od BCC
rešetke pa je otežan proces difuzije.

Question 33

Navedite načine povišenja mehaničke otpornosti čelika za rad pri povišenim i
visokim temperaturama.

Answer 33

Na poboljšanje mehaničke otpornosti čelika za rad pri povišenim temp. utječe se
legiranjem i strukturom. Legirni elementi u kristalu mješancu koče pokretljivost
atoma (Mo i Co), a legiranje elementima koji tvore karbide, nitride i intermetalne faze
u obliku sitno disperziranih čestica otežavaju gibanje dislokacija. Austenitna struktura
s FCC kristalnom rešetkom daje manju pokretljivost atoma od feritne BCC stoga je
veći otpor sklizanju atoma i otežana difuzija. Povoljno je krupnije zrno jer ima manje
graničnih površina.

Question 34

Koje je osnovno traženo svojstvo čelika koji je izvrgnut djelovanju vrućih plinova
oko 800°C i kako se ono ostvaruje?

Answer 34

Osnovno traženo svojstvo je vatrootpornost - otpornost visokotemperaturnoj
oksidaciji. Da bi se to postiglo, čelici se legiraju s Cr, Si i Al - ti elementi imaju veći
afinitet prema kisiku od željeza pa se kod takvih čelika na površini stvaraju oksidi
Cr2O3, SiO2, Al2O3 koji štite površinu čelika od daljnje oksidacije.

Question 35

Koje je istaknuto svojstvo vatrootpornih čelika i kako se ono postiže? Navedite
moguće mikrostrukture.

Answer 35

Vatrootpornost - objašnjeno u 35. zadatku. Moguća su feritna i austenitna
mikrostruktura.

Question 36

Navedite skupine čelika za rad pri niskim temperaturama.

Answer 36

Vrste čelika za rad pri niskim temperaturama su niskolegirani sitnozrnati, čelici
legirani s Ni za poboljšavanje te Cr-Ni i Cr-Ni-N, Cr-Ni-Mo-N i Cr-Mn-Ni-N austenitni
čelici.

Question 37

Koje je osnovno svojstvo čelika za radi pri niskim temperaturama? Koja skupina i
zašto ima to svojstvo dobro zadržano i do najnižih temperatura?

Answer 37

Osnovni zahtjev na čelike za rad pri niskim temperaturama je dovoljna žilavost,
odnosno neosjetljivost na krhki lom. Cr-Ni austenitni čelici izdržavaju temperature i
do -270°C. Njegovo svojstvo uvelike ovisi o strukturi (FCC rešetka) te stabilnosti.
Stabilnost strukture postiže se sniženjem sadržaja ugljika i povišenjem sadržaja nikla.

Question 38

Zašto su austenitni čelici prikladni za primjenu do najnižih temperatura, a nelegirani
nisu?

Answer 38

Zato što se povišenjem sadržaja nekih legirnih elemenata, primjerice nikla (u novije
vrijeme i N), postiže stabilnost strukture. Stabilnost austenita važan je preduvjet
dobre žilavosti pri niskim temperaturama.

Question 39

Kako je postignuta austenitna mikrostruktura na normalnoj temperaturi? U kojim
tipičnim uvjetima rada se primjenjuju ovi čelici?

Answer 39

nema odgovora

Question 40

Navedite temeljne (primarne) i sekundarne zahtjeve na alatne čelike.

Answer 40

Primarni zahtjevi su otpornost trošenju (abrazija, adhezija), otpornost popuštanju i
žilavost. Sekundarni su zahtjevi rezljivost, što viša zakaljivost i prokaljivost, otpornost
na koroziju, što manje deformacija pri kaljenju te što niža cijena (i dr.).

Question 41

Kako se postiže visoka otpornost na abrazijsko trošenje kod alatnih čelika? Koje je
suprotno loše svojstvo?

Answer 41

Otpornost abrazijskom trošenju alata funkcija je mikrostrukture, traže se martenzitna
mikrostruktura jer je martenzit dobro vezivo za karbide pa nema opasnosti od
„čupanja“ karbida i što viši udio kvalitetnih karbida. Suprotno abraziji, kod alatnih
čelika javlja se i adhezija - naljepljivanje (navarivanje) obrađivanog metala na alat.

Question 42

Navedite faze u strukturi nelegiranog konstrukcijskog i nelegiranog alatnog čelika
nakon nadkritičnog gašenja

Answer 42

nema odgovor

Question 43

Navedite mikrostrukturne konstituente prije i poslije kaljenja visokolegiranog
alatnog čelika za hladni rad koji ima podeutektički sastav. Koja svojstva proizlaze iz
takve strukture?

Answer 43

→ visokougljični ledeburitni s 12%Cr - Mikrostruktura prije kaljenja je Ap+K’‘+L
(ledeburit), a nakon kaljenja M+K’‘+Kᵉ+Az. Imaju visoku otpornost trošenju te su
teško obradljivi odvajanjem čestica.

Question 44

Koje je povoljno svojstvo eutektičkog alatnog čelika u odnosu na nadeutektoidni i
zašto?

Answer 44

nema odgovora

Question 45

Definirajte uz pomoć dijagrama svojstvo alatnih čelika za topli rad.

Answer 45

Alatni čelici za topli rad
imaju dobru otpornost
popuštanju te se niskim %C
postiže dobra žilavost i
otpornost toplinskom
umoru. Pri visokim
temperaturama postiže se
„sekundarna tvrdoća“ kod
čelika legiranih s
karbidotvorcima (W, Mo,
Cr, V)

Question 46

Koja su istaknuta svojstva brzoreznih čelika i zašto? Skicirajte dijagram nelegiranih i
brzoreznih alatnih čelika koji govori o otpornosti popuštanju.

Answer 46

Brzorezni čelici imaju izvrsnu otpornost na trošenje te otpornost popuštanju (pri
Tr=500…600°C), te nisku žilavost. Povišen
im je udio ugljika zbog čega imaju veću
tvrdoću, a legiraju se jakim
karbidotvorcima pa dolazi do pojave
sekundarnog očvrsnuća. Struktura nakon
kaljenja je M+Az+K”+Kᵉ, Az popuštanjem
pri 500…600°C prelazi u M” i Kp

Question 47

Koji su metastabilno, a koji mješovito kristalizirani Fe-ljevovi?

Answer 47

Metastabilno su kristalizirani bijeli tvrdi lijev i čelični lijev, a mješovitu mikrostrukturu
imaju sivi lijev, nodularni lijev i temper lijev.

Question 48

Koje su vrste željeznih ljevova? Navedite mikrostrukturne konstituente
metastabilno kristaliziranih ljevova.

Answer 48

Vrste željeznih ljevova su čelični, bijeli tvrdi, sivi, nodularni (žilavi) i temper (kovkasti)
lijev. Kod metastabilno kristaliziranih ljevova (čelični i bijeli tvrdi) ugljik je vezan u
karbidu (Fe3C).

Question 49

Navedite osnovne oblike grafita kod Fe-ljevova te koji je najnepovoljniji u uvjetima
vlačnog opterećenja i zašto?

Answer 49

Grafit se u Fe-ljevovima javlja u lamelarnom (listićavom) obliku, kuglastom obliku,
čvorastom ili crvičastom obliku. U uvjetima vlačnog opterećenja najnepovoljniji je
listićav oblik jer uzrokuje velika naprezanja prilikom djelovanja vlačnih sila (sivi lijev).

Question 50

Navedite oblike grafita kod pojedinih vrsta ljevova. Koji je najpovoljniji u uvjetima
dinamičkog opterećenja?

Answer 50

Sivi lijev ima listićav grafit, nodularni lijev sadrži kuglast grafit, a temper lijev čvorast
grafit. U uvjetima dinamičkog opterećenja najpovoljniji je nodularni lijev jer ima
visoku dinamičku izdržljivost i povišenu žilavost nakon izotermičkog poboljšavanja.

Question 51

Koja su posebna svojstva Fe-ljevova koji sadrže grafitnu fazu?

Answer 51

Fe-ljevovi koji sadrže grafit imaju visoku sposobnost prigušenja vibracija, dobra klizna
svojstva, dobru tlačnu čvrstoću, dobru obradljivost odvajanjem čestica, nisko talište,
dobru livljivost, mogućnost lijevanja složenih oblika male mase i dimenzija te bolju
korozijsku postojanost nego u nelegiranih čelika.

Question 52

Po čemu se razlikuju čelik i čelični lijev?

Answer 52

Čelici su završno oblikovani deformiranjem, dobivaju se gnječeni poluproizvodi (šipke,
limovi, cijevi, profili), a ljevovi su završno oblikovani ulijevanjem u kalup te se
dobivaju odljevci. Za ljevove se troši manje od 10% ukupno proizvedene količine
sirovog željeza.

Question 53

Navedite strukturne konstituente nelegiralnog čeličnog lijeva. Koje razlike u
njihovim svojstvima proizlaze iz tih struktura?

Answer 53

Nelegirani čelični ljevovi sadrže manje od 0,5%C i kristaliziraju metastabilno, nakon
lijevanja imaju grubu F-P mikrostrukturu te nisku istezljivost i žilavost. Legirani čelici
sadrže veći udio ugljika (< ili = 2%C), povišena im je žilavost i vlačna čvrstoća,
mehanička otpornost pri povišenim temperaturama, otpornost na opću koroziju te
vatrootpornost.

Question 54

Koji se osnovni postupak toplinske obrade mora provesti kod mehanički
opterećenih odljevaka čeličnog lijeva i zašto? T-t dijagram tog postupka.

Answer 54

Kod čeličnog lijeva provodi se postupak
normalizacije - usitnjavanje lijevane mikrostrukture i
ujednačavanje veličine zrna što dovodi do
poboljšanja istezljivosti i žilavosti. Odljevak prije
normalizacije ima grubu ljevačku
(Widmannstättenovu) strukturu niske istezljivosti i
žilavosti.

Question 55

Opiši svojstva i mikrostrukturu bijelog tvrdog lijeva.

Answer 55

Bijeli tvrdi lijev sadrži povišen %Mn (3-4%) koji je cementator i pospješuje stvaranje
Fe3C, odnosno sprječava stvaranje grafita → Si (grafitizator) je ograničen (<0,6%).
Sadrži 2,5-3,5%C. Može kristalizirati potpuno metastabilno (P+ Fe3C’’+ Fe3Cᵉ) ili
mješovito - površinski slojevi kristaliziraju metastabilno, a sredina stabilno ili
mješovito - tzv. tvrdokorni lijev. Bijeli tvrdi lijev tvrd je i krhak, ima malu (istezljivost i
žilavost), osjetljiv je na udarna opterećenja, ima vrlo veliku otpornost na pritiske i
abrazijsko trošenje, teško je obradljiv odvajanjem čestica te naginje stvaranju šupljina
i zaostalih naprezanja pri lijevanju.

Question 56

Koje je osnovno povoljno svojstvo bijelog tvrdog lijeva u primjeni i zašto?

Answer 56

Zbog visoke krhkosti i osjetljivosti, bijeli tvrdi lijev nema široko područje primjene.
Koristi se kao sirovina u proizvodnju čelika i temper ljevova. Zbog svoje visoke
otpornosti na abrazijsko trošenje, primjenjuje se u izradi odljevaka jednostavnijeg
oblika otpornih na abraziju.

Question 57

Razlika između bijelog i čeličnog lijeva i njihove mikrostrukture.

Answer 57

Za razliku od bijelog tvrdog lijeva, čelični lijev ima dobru žilavost i otpornost pri
udarnim opterećenjima. Bijeli tvrdi lijev ima veći udio ugljika od čeličnog lijeva i
P+Fe3C’’+ Fe3Cᵉ mikrostrukturu dok čelični lijev ima feritno-perlitnu mikrostrukturu
zbog podeutektoidnog sastava (kod nelegiranog čeličnog lijeva <0,5%C).

Question 58

Navedite moguće faze u mikrostrukturi sivog lijeva. Koja struktura odgovara
potpuno stabilnoj kristalizaciji, a koja se može površinski zakaliti?

Answer 58

Sivi lijev ima visok udio ugljika
(3,5-4,5%C) te mješovitu
kristalizaciju. Mikrostruktura je
dvojna i sastoji se od grafita u
listićima te željezne osnove
koja može biti feritna
(→potpuno stabilna
kristalizacija!), feritno-perlitna
ili perlitna te se u strukturi
može pojaviti i slobodni cementit. Primarna i prvi dio sekundarne kristalizacije
kristaliziraju stabilno, a drugi dio sekundarne kristalizacije metastabilno. Mješovita
kristalizacija sivog lijeva prikazana je na grafu. Na T1 počinje metastabilna
kristalizacija duž Acm te se daljnjim hlađenjem iz austenita pretežno izlučuje
sekundarni cementit. Površinski se može zakaliti perlitna mikrostruktura.

Question 59

Što su elementi cementatori, a što grafitizatori?

Answer 59

Cementatori su elementi koji pospješuju pojavu ugljika u karbidima (Mn, S), a
grafitizatori pospješuju stvaranje grafita (Si, P).

Question 60

Što je stupanj zasićenja kod sivog lijeva? Što se odnosi na njegov iznos?

Answer 60

Stupanj zasićenja kod sivog lijeva omjer je %C
kroz %Cᵉ (eutektički). Za Sz<1 radi se o
podeutektičkim vrstama sivog lijeva, za
eutektičke vrste Sz=1, a za nadeutektički sastav
Sz>1.

Question 61

Skicirajte dijagram naprezanje-istezanje za sivi
lijev i opći konstrukcijski čelik za nosive konstrukcije.

Answer 61

skica

Question 62

O čemu ovisi vrijednost vlačne čvrstoće odljevaka od sivog lijeva?

Answer 62

Vlačna čvrstoća sivog lijeva ovisi o stupnju zasićenja: Rm=1045-785Sz-2,5d

Question 63

Skicirajte faze u mikrostrukturi potpuno stabilno kristaliziranog
sivog lijeva.

Answer 63

Feritna struktura s listićavim grafitom.

Question 64

Opišite strukturu žilavog lijeva.

Answer 64

Žilavi (nodularni) lijev sadrži povišen %C i %Si te smanjen %Mn, a taljevina se
obrađuje globulatorima - elementima koji pomažu izlučivanje grafita u obliku kuglica.
Mikrostruktura željezne osnove može biti potpuno feritna, feritno-perlitna, perlitna ili
austenitna.

Question 65

Navedite razlike između feritnog i perlitnog žilavog lijeva. Kod kojih od njih
prevladava stabilna kristalizacija?

Answer 65

Feritna se struktura nalazi kod ljevova niže čvrstoće, ali više istezljivosti, dok je
perlitna struktura kod ljevova više čvrstoće, a niže istezljivosti. Stabilna kristalizacija
prevladava kod feritnih ljevova.

Question 66

Objasnite razlike u svojstvima i strukturi sivog i žilavog (nodularnog) lijeva.

Answer 66

Nodularni lijev ima bolja mehanička svojstva od sivog lijeva - visoka dinamička
izdržljivost Rd, posebno u poboljšanom stanju kao i vlačna čvrstoća Rm. Izotermičkim
se poboljšavanjem nodularnog lijeva dobiva i povišena žilavost. Sivi lijev ima nisku
vlačnu čvrstoću, no visoku tlačnu; nisku istezljivost i žilavost. Proizvodnja sivog lijeva
jednostavnija je i jeftinija od proizvodnje nodularnog lijeva. Grafit se u nodularnom
lijevu nalazi u kuglastom obliku, dok je u sivom lijevu u listićavom (lamelarnom)
obliku.

Question 67

Što je decementacijsko žarenje i koje se vrste Fe-ljevova time dobivaju?

Answer 67

Decementacijsko žarenje koristi se za dobivanje temper lijeva kako bi se od polazne
sirovine, bijelog tvrdog lijeva, postigla prikladna uporabna svojstva - tvrdoća i krhkost
bijelog tvrdog lijeva → niža tvrdoća, viša žilavost i istezljivost te bolja obradljivost
temper lijeva. Ovisno o atmosferi u kojoj se provodi decementacijsko žarenje,
moguće je dobiti crni temper lijev (žarenjem u neutralnoj atmosferi) i bijeli temper
lijev (žarenjem u oksidacijskoj atmosferi). Crni temper lijev može biti feritni ili perlitni
ovisno o brzini prijelaza područja pretvorbe (F - sporiji prijelaz, sekundarna
grafitizacija; P - brži prijelaz, A prelazi u P).