Materijali 2 - 2. kolokvij N.P.

Question 1

Navedite podjelu bakrenih legura prema kemijskom sastavu.

Answer 1

Prema kemijskom sastavu, bakrene legure dijelimo na mjedi - legure bakra s cinkom,
te legure bakra bez cinka - većinom bronce.

Question 2

Navedite vrste mjedi prema mikrostrukturi. Što utječe na njihovu bolju ili lošiju
hladnu deformabilnost?

Answer 2

Prema mikrostrukturi, mjedi dijelimo na -mjedi, (+β)-mjedi i β-mjedi. Svojstva
ovise o %Zn odnosno o mikrostrukturi; u -mjedima javlja se kristal mješanac te su
one dobro oblikovljive na hladno, u (+β)-mjedima javlja se β - intermetalni spoj
CuZn te su one čvršće i češće toplo oblikovane, dok se β-mjedi ne koriste zbog
krhkosti.

Question 3

Navedite razlike u sastavu, strukturi i tehnološkim svojstvima između monofaznih i
dvofaznih kositrenih bronci.

Answer 3

Kositrene bronce s <9%Sn imaju α-strukturu (kristal mješanac) te su hladno
oblikovljive. Kositrene bronce s 9-15%Sn imaju (α+δ)-strukturu te vrlo dobru
otpornost na trošenje (δ - intermetalni spoj, tvrda I krhka faza).

Question 4

Od kojih se kristala sastoji Cu-Sn legura za gnječenje, a od kojih kristala se sastoji
Cu-Sn legura za lijevanje?

Answer 4

Cu-Sn legura za gnječenje sastoji se od α - kristala mješanaca, a legura za lijevanje ima
(α+δ)-strukturu, odnosno sastoji se od kristala mješanaca α i intermetalnog spoja δ.

Question 5

Koje vrste kristala čine strukturu dvofazne kositrene bronce i može li takva legura
toplinskom obradom očvrsnuti?

Answer 5

Dvofazne kositrene bronce imaju (α+δ)-strukturu te mogu očvrsnuti toplinskom
obradom zbog prisustva intermetalnog spoja δ.

Question 6

Kakve su moguće mikrostrukture aluminijevih bronci? Koje su moguće i kako
toplinskom obradom očvrsnuti?

Answer 6

Aluminijeve bronce mogu imati
jednofaznu strukturu - α (4-
8%Al) ili dvofaznu (α+₂)-
strukturu (9,5%Al), ₂ - Cu9Al2.
Toplinskom obradom mogu
očvrsnuti Al-bronce s dvofaznom
mikrostrukturom - očvršćuju
kaljenjem ili kaljenjem i
popuštanjem (slično kaljenju
čelika). Očvršćuju se legure s 9-
11,5%Al, legure s manjim udjelom aluminija ne sadrže dovoljno visokotemperaturne
β faze da bi se moglo provesti kaljenje.

Question 7

Koje su razlike u svojstvima između α i α+β aluminijskih bronci? Od kojih se vrsta
kristala sastoji α faza, a od kojih β faza?

Answer 7

α aluminijske bronce imaju dobru hladnu oblikovljivost i žilavost.

Question 8

Od kojih se kristala sastoji Cu-Ni legura za gnječenje i koje je dobro tehnološko
svojstvo posljedica takve strukture?

Answer 8

Cu-Ni legure mogu se dobro oblikovati na hladno i na toplo te su zbog nikla otporne
koroziji u svim vodenim otopinama, ponajprije u morskoj vodi.

Question 9

Što su superlegure i koja su im osnovna svojstva?

Answer 9

Superlegure su legure na bazi Ni, odnosno Co, uz visok udio Cr te manji udio Mo, W,
Ti i Al. Otporne su na koroziju te imaju vrlo dobra svojstva pri visokim temperaturama
(temperatura primjene im je do 1000-1400˚C).

Question 10

Koja legura ima najbolju mehaničku otpornost pri visokim temperaturama i zašto?

Answer 10

Najbolji mehaničku otpornost pri visokim temperaturama imaju superlegure. Nikal je
otporan pri visokim temperaturama zbog visoke otpornosti na puzanje (zadržava
čvrstoću na visokim temp.) jer se puzanje javlja tek na 70% temperature tališta (kod
drugih metala na oko 30%!).

Question 11

Što je u strukturi Ni-superlegura odgovorno za dobru čvrstoću pri visokim
temperaturama?

Answer 11

Otpornost puzanju (objašnjeno u 10. zadatku).

Question 12

Zbog kakve strukture Ni-superlegure imaju dobru mehaničku otpornost pri visokim
temperaturama?

Answer 12

nema odgovora

Question 13

Na koji se način povisuje mehanička otpornost Ni-superlegura?

Answer 13

Mehanička otpornost superlegura povisuje se mehanizmima očvrsnuća: očvrsnuće
kristalima mješancima (najjače djeluje Co ako ga je >16%) i očvrsnuće precipitacijom
koju pospješuju Cr (stvaranjem Cr-karbida); Mo, Nb, Ta i V stvaranjem njihovih
karbida te Al i Ti stvaranjem intermetalnih spojeva.

Question 14

Na koji način mogu očvrsnuti čisti aluminij ili bakar?

Answer 14

Čisti aluminij ili mogu očvrsnuti samo hladnom deformacijom (valjanjem). Mogu se
legirati no tada više ne govorimo o čistom aluminiju ili bakru.

Question 15

Kako dijelimo gnječene Al-legure? Na koji se način može očvrsnuti Al-Mg legura?

Answer 15

Gnječene aluminijeve legure dijelimo na toplinski očvrstljive i toplinski neočvrstljive.
Toplinski neočvrstljive gnječene Al-legure imaju vlačnu čvrstoću iznosa Rm=200…300
N/mm². Mogu očvrsnuti hladnom deformacijom. Legirni elementi toplinski
neočvrstljivih Al-legura su Mn i Mg. Takve legure imaju homogenu strukturu - sastoje
se samo od kristala mješanaca te imaju visoku duktilnost i dobru korozijsku
postojanost.

Question 16

Opišite postupak precipitacije. Može li tako očvrsnuti legura Al-Si?

Answer 16

Legura s X%B prikazana u dijagramu na sobnoj je temperaturi bifazna -
mikrostruktura od  kristala mješanaca Al i β kristala intermetalnog spoja. Leguru
zagrijavamo do Tž te prelazimo liniju topivosti legirnog elementa B u aluminiju. Nakon
toga u mikrostrukturi imamo samo  fazu → provodi se homogenizacija. Sporim se
hlađenjem legura vraća u početno stanje, stoga leguru brzo hladimo jer nastojimo
spriječiti difuziju i nastanak β faze, dakle na sobnoj temperaturi sada imamo
monofaznu mikrostrukturu prezasićenu s B. Leguru ostavimo dulje vrijeme na sobnoj
temperaturi (ili nešto kraće na povišenoj) pa će se izlučiti β faza no ne po granicama
zrna već ravnomjerno po cijelom volumenu u obliku sitnih nakupina (precipitata). Taj
se dio postupka očvršćivanja zove prirodno (odnosno umjetno) dozrijevanje te se
postiže viša čvrstoća i tvrdoća metala. Legura Al-Si ne može očvrsnuti na taj način jer u mikrostrukturi nema intermetalnog
spoja, a bez intermetalnog spoja nema ni precipitacije.

Question 17

Može li se toplinski (precipitacijski) očvrsnuti monofazna Al-Mn legura? Opišite
način očvršćivanja.

Answer 17

Al-Mn legura ne može toplinski očvrsnuti, već samo hladnom deformacijom
(valjanjem) jer se sastoji samo od kristala mješanaca.

Question 18

Koji su uvjeti precipitacijskog očvršćivanja aluminijskih legura? Skica dijagrama
stanja.

Answer 18

Polazni uvjeti precipitacijskog očvršćivanja su
sljedeći: legura mora biti sastava iz heterogenog
područja α+β; druga faza β mora polazno biti neki
intermetalni spoj te maseni udio legirnog
elementa mora biti što viši, što bliže maksimalnoj
rastvorljivosti u α-mješancu (mora biti između rs i
rmax)

Question 19

Skicirajte dijagram postupka toplinskog očvršćivanja Al-legura i naznačite u kojoj
fazi postupka legura ima najveću istezljivost, a u kojoj najveću tvrdoću.

Answer 19

Dijagram postupka iz 16. zadatka - istezljivost je najveća u fazi označenoj brojem 2
(jer više nema krhke faze β), a čvrstoća je najveća na kraju postupka u fazi označenoj
brojem 4 (zbog izlučenih precipitata).

Question 20

Navedite vrste aluminijskih legura za lijevanje prema kemijskom sastavu. Koje su
najbolje livljive i zašto?

Answer 20

Prema kemijskom sastavu aluminijske legure za lijevanje dijelimo na Al-Mg legure,
Al-Si-Mg legure, Al-Si legure, Al-Si-Cu legure i Al-Cu legure. Najbolje svojstvo livljivosti
imaju legure legirane silicijem (Al-Si legure - silumini) jer silicij poboljšava livljivost.

Question 21

Koje su moguće kristalne strukture titana i kako se prema mikrostrukturi dijele Ti-legure?

Answer 21

Titan ima 2 alotropske modifikacije: α-titan s HCP kristalnom rešetkom (na
temperaturama 20-885˚C) i β-titan s BCC kristalnom rešetkom (885-1670˚C). Prema
mikrostrukturi, titanove legure dijelimo na α, β i (α+β)-legure.

Question 22

Navedite neka istaknuta svojstva titana i titanovih legura.

Answer 22

Povoljna su svojstva titana relativno niska gustoća, visok E, otpornost na umor i
puzanje, visoka postojanost u različitim agresivnim medijima, a nepovoljna su
svojstva velik afinitet prema O2, C, N2 i H2, teško obradiv odvajanjem čestica,
ograničena sposobnost hladnog oblikovanja, teže zavarljiv te relativno visoka cijena.
α-legure su slabo hladno oblikovljive zbog HCP rešetke, zavarljive, žilave, čvrste pri
povišenim temp., imaju dobru žilavost i čvrstoću pri sniženim temp te su neočvrstljive
toplinskom obradom. β-legure su očvrstljive hladnom deformacijom i toplinskom
obradom, imaju visok omjer čvrstoća/gustoća, postižu najviše vrijednosti čvrstoće
(toplinskom obradom) i krhke su pri niskim temp. (α+β)-legure imaju visoku čvrstoću
nakon toplinske obrade (TiAl6V4 - povišena otpornost na puzanje i dobra zavarljivost,
rezljivost).

Question 23

Navedite bitna svojstva magnezijevih legura.

Answer 23

Povoljna su svojstva magnezijevih legura mala masa, velika sposobnost prigušenja
vibracija, izvanredna rezljivost te vrlo dobra livljivost nekih legura. Nepovoljna
svojstva magnezijevih legura su sljedeća: niska otpornost na koroziju, velik afinitet
prema kisiku (potrebna površinska zaštita), HCP rešetka - ograničena mogućnost
hladne deformacije, nizak E i niska čvrstoća, gornja temp. granica uporabe je 300-
350˚C i velika kemijska reaktivnost (mogućnost samozapaljenja pri obradi).

Question 24

Navedite podjelu i glavne predstavnike tehničke keramike.

Answer 24

Tehničku keramiku dijelimo prema veličini zrna na grubu (0,1-0,2 mm) i finu (<0,1
mm) keramiku; prema namjeni na visokokvalitetnu, konstrukcijsku, industrijsku,
funkcionalnu, elektrokeramiku, reznu keramiku i biokeramiku te prema kemijskom
sastavu na silikatnu, oksidnu i neoksidnu keramiku. Glavni keramički materijali u
tehnici su: porculan, steatit, kordeit i mulit - silikatna keramika; Al2O3, MgO, ZrO2,
aluminijev titanat - oksidna keramika; silicijev karbid (SiC), silicijev nitrit (Si3N4),
aluminijev nitrid (AlN), borov karbid - neoksidna keramika.

Question 25

Navedite neka najvažnija svojstva tehničke keramike i vrstu koja je najzastupljenija
u primjeni.

Answer 25

Tehnička keramika ima veliku tlačnu čvrstoću a malu vlačnu zbog sitnih pora u kojima
se javlja koncentracija naprezanja, visok modul elastičnosti i tvrdoću, nisku žilavost i
visoku krhkost. Najzastupljenija je vrsta aluminijev oksid (Al2O3).

Question 26

Koja su istaknuta svojstva konstrukcijske keramike u odnosu prema metalima?

Answer 26

U usporedbi s metalima, keramika ima tendenciju rasta tvrdoće, visokotemperaturne
čvrstoće, otpornosti koroziji i otpornosti na trošenje. Ima nižu žilavost i toplinsko
naprezanje od metala.

Question 27

Opišite postupke pri proizvodnji keramičkih dijelova. Što je to sinteriranje?

Answer 27

Pripremanje mase (mljevenje, miješanje, granuliranje) → oblikovanje (prešanje,
ekstrudiranje, lijevanje) → obrada sirovca (glodanje, tokarenje, bušenje, piljenje) →
sinteriranje (pečenje) → završna obrada (brušenje, poliranje, obrada laserom)
Sinteriranje (srašćivanje) je spajanje čestica praha reakcijama u čvrstom stanju zbog
velike površinske energije pri čemu prevladava proces difuzije. Rezultat sinteriranja
maksimalna je moguća gustoća (minimalna poroznost). Odvija se pri temp 1050-
2200˚C, pod prikladnom atmosferom ili pod tlakom. Proces sinteriranja:
pregrupiranje čestica i stvaranje kontakata → rast kontakata i formiranje granica zrna
→ rast zrna i zatvaranje pora.

Question 28

Što je sakupljanje (stezanje) izratka i kojoj fazi nastupa?

Answer 28

Skupljanje je smanjenje volumena izratka u čvrstom stanju, nastupa prilikom
sinteriranja zbog smanjenja poroznosti.

Question 29

Opišite mikrostrukturu tvrdog metala i svojstva koja iz njih proizlaze.

Answer 29

Mikrostruktura tvrdog metala sastoji se od metalne osnove - Co i karbida WC, TiC,
TaC. Od metalne osnove potječu metalna svojstva: visoka toplinska i električna
vodljivost.

Question 30

Što su to tvrdi metali, kako se i na osnovi čega razvrstavaju? Zbog koje faze imaju
visoku otpornost trošenju?

Answer 30

Tvrdi je metal metalno-karbidni kompozit. Razvrstavaju se na osnovi vrste ojačala,
odnosno karbida (volframov karbid, titanijev karbid, tantalov karbid, titanijev nitrid).
Visoku otpornost trošenju omogućavaju karbidi.