neŽeljezne legure cu legure ni al ti mg - fsb.unizg.hr do 700 n/mm2 (kao u konstrukcijskih čelika)...
TRANSCRIPT
Materijali II/2012
NEŽELJEZNE LEGURE
- Cu legure- Ni - Al- Ti- Mg
Materijali II/2012
BAKAR (Cu) I BAKROVE LEGURE
Materijali II/2012
PREDNOSTI Cu i Cu-legura:
Vrlo dobra električna vodljivost (čistog Cu)
Vrlo dobra toplinska vodljivost
Sposobnost slijevanja s nizom metala
Većina legura ima vrlo dobru duktilnost i kovkost
Vrlo dobra korozijska postojanost
Nemagnetičnost
Lijepa boja – crvena do žuta
Materijali II/2012
NEDOSTACI Cu i Cu-legura:
Visoka cijena
Visoke temperature lijevanja
Neotporan prema oksidirajućim kiselinama –vino, voćni sokovi i sl. (nastaje otrovni bakrov acetat)
Ne smije se koristiti u dodiru s hranom ili u preradi prehrambenih namirnica
Opasnost od vodikove krhkosti
Materijali II/2012
NELEGIRANI BAKAR
ELEKTRIČNA VODLJIVOST
TOPLINSKA VODLJIVOST
NISKOLEGIRANI BAKAR:
Povišenje čvrstoće dodavanjem malih količina legirnih elemenata
Materijali II/2012
NAČINI POVIŠENJA ČVRSTOĆE Cu i Cu-LEGURA:
1. LEGIRANJEM DO GRANICE RASTVORLJIVOSTI
2. PRISUTNOŠĆU DRUGE FAZE
3. PRECIPITACIJSKIM OČVRŠĆIVANJEM
4. HLADNOM DEFORMACIJOM
Materijali II/2012
KLASIFIKACIJA Cu-LEGURA
1. LEGURE Cu-Zn – MJEDI
a) Prave mjedi:
b) Specijalne mjedi:
c) Cu-Zn-Ni
d) Cu-Zn-Sn-Pb
Materijali II/2012
2. LEGURE BAKRA BEZ CINKA
a) Cu-Sn
b) Cu-Al
c) Cu-Sn-Pb
d) Cu-Pb
e) Cu-Be
f) Ostale bronce
g) Cu-Ni
Lijevane i gnječene legure.
Materijali II/2012
LEGURE Cu-Zn
a) Legure Cu-Zn (mjedi) - > 50 %Cu i < 44 %Zn
Svojstva ovise o % Zn odnosno o mikrostrukturi:
α - mjedi
α+β - mjedi
Materijali II/2012
DIJAGRAM STANJA Cu-Zn LEGURA
Materijali II/2012
OVISNOST MEHANIČKIH SVOJSTAVA MJEDI O %Zn I STRUKTURI
Materijali II/2012
Mikrostruktura gnječene mjedi CuZn30 (a) i lijevane K.CuZn40Pb (b)
Materijali II/2012
"Naval Brass" - otporne na morsku vodu
ad b) Specijalne mjedi
mogu biti gnječene i lijevane toplo oblikovljive velika čvrstoća
Materijali II/2012
- Homogena čvrsta otopina. - Vrlo duktilne i dobro hladno oblikovljive. - Dobro se leme. - Osjetljive na napetosnu koroziju.
c) Legure Cu-Zn-Ni (> 10 % Ni)
Ove legure spadaju među najstarije metalnematerijale čovječanstva.
Materijali II/2012
BRONCE
Bolja čvrstoća, otpornost na trošenje i klizna svojstva u odnosu na Cu-Zn legure. Bolja korozijska otpornost ali i viša cijena.
Materijali II/2012
a) KOSITRENA BRONCA - PRAVA BRONCA
DIJAGRAM STANJA
Materijali II/2012
Gnječene legure:
< 9 % Sn - α- strukturaHladno oblikovljiva.
oko 1,5% Sn - tvrde vučene žice za telefonske kabele.6-8% Sn, Rm = 900, HV = 180 - valjane opruge zareleje.
Vrste legura: CuSn2, CuSn6, CuSn8
Materijali II/2012
MEHANIČKA I FIZIKALNA SVOJSTVA GNJEČENIHBRONCI
Materijali II/2012
Lijevane bronce: većina legura
Širok interval skrućivanja za 10-15 % Sn
9-15 %Sn → α +
- tvrda i krhka faza (intermetalni spoj)
Materijali II/2012
>9,5 %Al - dvofazna struktura: može se toplo oblikovatii očvrsnuti toplinskom obradom
Rm do 700 N/mm2 (kao u konstrukcijskih čelika)
b) Aluminijeve bronce < 14 %Al
4-8 %Al - jednofazna struktura ()
Materijali II/2012
DIJAGRAM STANJA I TOPLINSKA OBRADA Al-BRONCI
Materijali II/2012
e) Cu-Ni legure
Potpuna rastvorljivost u rastaljenom i čvrstom stanju.
Materijali II/2012
NIKAL (Ni) I NJEGOVE LEGURE
SVOJSTVA Ni- LEGURA
FCC rešetka
hladna oblikovljivost
žilavost pri niskim temperaturama
otpornost na koroziju
otpornost pri visokim temperaturama
Materijali II/2012
Skupina Komercijalno ime
1. Ni-Cu Monel (Nicorros)
2. Ni-Mo-Cr Hastelloy (Nimofer)
3. Ni-Cr-Fe Inconel (Nicrofer)
Ni-Fe-Cr Incoloy (Nicrofer)
4. Ni-Cr + Al-Ti (A)* “SUPERLEGURE”
+ Co-W-Mo (B)*
+ C (C)*
* A - precipitacijski očvrstljive, B - očvrstljive kristalima mješancima,
C - očvrstljive karbidima.
VRSTE LEGURA
Materijali II/2012
NAČINI OČVRSNUĆA "SUPERLEGURA“:
Kristalima mješancima
Precipitacijom
MEHANIČKA OTPORNOST PRI VISOKIM
TEMPERATURAMA
Materijali II/2012
Dijagram precipitacijskog očvršćivanja Ni-Cr-Ti-Al legure
Materijali II/2012
Posebna fizikalna svojstva:
Visoka cijena
Ni-Ti legure
Materijali II/2012
LOPATICE TURBINA
GRIJAČINi-Cd BATERIJEKOVANICE
PRIMJERI PRIMJENA Ni-LEGURA
Materijali II/2012
Ni-Ti stent
PRIMJENE Ni-Ti PAMETNIH LEGURA
Naprave za ravnanje zubi
Naprave za ugradnju premosnica na srcu
Materijali II/2012
Pripada lakim metalima niskog tališta.
U zemljinoj kori ima ga relativno puno u obliku oksida.
Industrijski se racionalno dobiva samo izBOKSITA.
ALUMINIJ (Al) I NJEGOVE LEGURE
Materijali II/2012
SHEMA DOBIVANJA ALUMINIJA
GLINICA Al-primarni
Izluživanje s NaOH Elektroliza
BOKSIT
Al2O3
13000...15000 kWh/t
metalurškii kalciniranjenatrijevaaluminata
Materijali II/2012
POVOLJNA SVOJSTVA
NISKA GUSTOĆA
OTPORNOST NA ATMOSFERSKU KOROZIJU
ELEKTRIČNA VODLJIVOST
TOPLINSKA VODLJIVOST
HLADNA DEFORMABILNOST
RECIKLIČNOST
Materijali II/2012
Nizak E
Ograničena primjenjivost pri povišenim temperat.
Relativno loša zavarljivost
NEPOVOLJNA SVOJSTVA:
Materijali II/2012
Al 99; Al 99,3 - za opće svrhe
Al 99,5 - za robu široke potrošnje
Al 99,7 - za kemijsku industriju i brodogradnju
Al 99,8 - za kemijsku industriju i elektrotehniku
VRSTE TEHNIČKOG ČISTOG ALUMINIJA
VIŠI
STUPANJ ČISTOĆE
- kemijska i prehrambena industrija,
- kuhinjsko posuđe i metalni proizvodi široke potrošnje,
- građevinarstvo,
- ambalaža, folije, tube i limenke,
- elektrotehnika.
PRIMJENA TEHNIČKOG ALUMINIJA
Materijali II/2012
KLASIFIKACIJA AL-LEGURA:
1. Prema tehnološkoj preradi:
- gnječene
- lijevane
2. Prema kemijskom sastavu:
1. Al-Si
2. Al-Mn
3. Al-Cu
4. Al-Mg
5. Al-Zn
3. S obzirom na mogućnost toplinske obrade:
- toplinski neočvrstljive
- toplinski očvrstljive
Materijali II/2012
TOPLINSKO OČVRŠĆIVANJE Al-LEGURA - PRECIPITACIJSKO OČVRŠĆIVANJE
Prva primjena: I. svj. rat - nosiva konstr. Zeppelina
U II. svj., ratu za zrakoplove
DURAL ili DURALUMINIJ
Materijali II/2012
Materijali II/2012
Materijali II/2012
POLAZNI UVJETI ZA TOPLINSKO OČVRŠĆIVANJE
1. Sastav legure mora biti iz heterogenog područja
2. % legirnih elemenata mora biti što viši, što bliže rmax
3. β mora polazno biti neki intermetalni spoj:
Materijali II/2012
TIPOVI PRECIPITATA (FAZNIH GRANICA)
Materijali II/2012
Al-Mn
Al-Mg
Al-Mg-Mn
VRSTE GNJEČENIH LEGURA I NJIHOVA SVOJSTVA
1. TOPLINSKI NEOČVRSTLJIVE
Materijali II/2012
Al-Mg-Si ili Al-Mg2Si
Al-Cu-Mg (Si, Mn)
2. TOPLINSKI OČVRSTLJIVE
Al-Zn-Mg (Cu ili Cr)
Materijali II/2012
Mehanička otpornost
Livljivost Rezljivost Otpornost na koroziju
Tip legure
Predstavnik
mala srednja dobra vrlo dobra Al-Mg AlMg3, AlMg5
Al-Si-Mg AlSi10Mg AlSi7Mg1
Mg omogućuje toplinsko očvrsnuće
mala vrlo dobra slaba dobra Al-Si AlSi12
Al-Si-Cu AlSi5Cu1 AlSi6Cu2
Si negativno utječe na rezljivost, Cu omogućuje smanjenje Si, ali pogoršava otpornost na koroziju
osrednja slaba dobra vrlo slaba Al-Cu AlCu4MgTi Ti i Mg usitnjuju zrno
LIJEVANE Al-LEGURE
Materijali II/2012
Al-Si legure “silumin”
10-13 % Si – eutektičke legure: izvrsna livljivost
Materijali II/2012
TIPIČNI PRIMJERI PROIZVODA OD ALUMINIJA I AL-LEGURA
Materijali II/2012
BLOKOVI MOTORA
BMW V12 JAGUAR V8 VW V8
NOSIVI OKVIR - SPACE FRAME
HONDA, AUDI6...
Materijali II/2012
Radijatori
BICIKLI
Materijali II/2012
mala toplinska rastezljivost
POVOLJNA SVOJSTVA
TITAN (Ti) I NJEGOVE LEGURE
polimorfan metal
relativno niska gustoća
relativno visok E
povoljna specifična čvrstoća
značajna otpornost na umor i na puzanje
visoko postojan u različitim agresivnim medijima
Materijali II/2012
relativno visoka cijena.
velik afinitet prema O2, C, N2 i H2, naročito > 950 ºC
teško obradljiv odvajanjem čestica
ograničena sposobnost hladnog oblikovanja
teže zavarljiv
NEPOVOLJNA SVOJSTVA
Materijali II/2012
Ti-legure
Prema mikrostrukturi: -, - i (+)-legure
- relativno slabo hladno oblikovljive (HCP);
- zavarljivost, žilavost, čvrstoća pri višim temperaturama
- dobra žilavost i čvrstoća i pri sniženim temperaturama
- neočvrstljive toplinskom obradom.
-legure
OČVRSTLJIVE HLADNOM DEFORMACIJOM I
TOPLINSKOM OBRADOM
-legure
Materijali II/2012
- povišenje čvrstoće toplinskom obradom.
+ legure
Ck
Materijali II/2012
Legure se rastvorno žare u blizini temperature prekristalizacije /.
Gašenje legure sastava < Ck :
→ ’
Gašenje legure sastava >Ck :
tvrda i krhka -faza
krhka -faze.
Materijali II/2012
Vrsta legure Struktura Toplinska obrada Rp0,2, N/mm2
Rm,N/mm2
A,%
TiAl5Sn2,5 (HCP) rekristalizacijski žareno
790 oC/zrak850 950 14
TiAl6V4 +
rekristalizacijski žareno750 oC/zrak
890 970 13
rastvorno žar. 930 oC/voda + 540 oC/zrak
1080 1180 11
TiV13Cr11Al3 (BCC)
rekrist. žareno 790 oC /zrak 900 950 14
rastvor. žareno 790 oC /voda+480oC /17h/zrak
1220 1290 7
rastvor. žareno 790 oC/zrak +hlad. oblik. + 440 oC/ 24h/zrak
1700 1820 4
MEHANIČKA SVOJSTVA NEKIH VRSTA Ti LEGURA
Materijali II/2012
PRIMJERI PRIMJENE
ISPUŠNI SUSTAVJaguar
AUTOMOBILI
ZRAKOPLOVSTVO
Precizni odljevak
Materijali II/2012
IMPLANTATI Proteza umjetnog kuka
Umjetno srceProteza
Vijci
Materijali II/2012
Glava palice za golf
Kućište fotoaparata
Okviri očala
Materijali II/2012
POVOLJNA SVOJSTVA:
Mala masa
Prigušenje vibracija
Izvanredna
Nekoliko legura ima vrlo dobru
MAGNEZIJ (Mg) I NJEGOVE LEGURE
Materijali II/2012
Velika kemijska reaktivnost
NEPOVOLJNA SVOJSTVA:
Niska otpornost na koroziju
HCP rešetka
Nizak E i niska čvrstoća
1. Mg-Al, Mg-Zn ili Mg-Al-Zn,
2. Mg-Zr + Zn, Th, ili Ce.
Vrste legura
Materijali II/2012
PRIMJENE:
SJEDALO - LAGANO, PRIGUŠUJE VIBRACIJE
U F1 i U OSTALIM VOZILlMA
Materijali II/2012
Poklopac spremnika za gorivo
Materijali II/2012
Tlačni odljevak za borbeni zrakoplov
Automobilska vrata
Materijali II/2012
Tankostijeni dijelovi
oblikovani istiskivanjem
u poluskrućenom stanju
Materijali II/2012
Lijevano kućište prenosnika Forda sa pogonom na sva četiri kotača. od Mg-legure AZ91 s malim udjelom dodataka Fe, Cu i Ni
Materijali II/2012
KUĆIŠTE PILE - lagano, prigušuje vibracije