MATERIJALI I PROIZVODNI POSTUPCI Ak.god. 2011/2012 ... - Fsb

TVZ stručni studij mehatronike Ak.god. 2012/13 

Tehničko veleučilište u Zagrebu 

stručni studij mehatronike 

MATERIJALI I PROIZVODNI POSTUPCI 

Ak.god. 2011/2012 

Doc. dr. sc. Darko Landek 

Zavod za materijale (D-213) 

Fakultet strojarstva i brodogradnje 

e-mail: darko.landek@fsb.hr 

4. SISTEMATIZACIJA, SVOJSTVA I PRIMJENA MATERIJALA 

4.1 METALI I LEGURE 

3.1.1 ČELICI 

3.1.2 ALUMINIJ I ALUMINIJSKE LEGURE 

3.1.3 BAKAR I LEGURE BAKRA 

3.1.4 MAGNEZIJ I LEGURE MAGNEZIJA 

3.1.5 TITAN I TITANOVE LEGURE 

3.1.6 LEGURE ZA KLIZNE LEŽAJE 

4.2 KERAMIČKI MATERIJALI 

4.3. TVRDI METALI 

4.4 POLIMERNI MATERIJALI 

Materijali i proizvodni postupci 

(dodatak Sistematizacija materijala) 

FSB - Zavod za materijale (D.L. autorizirana predavanja) 

1



⇒ osnove karakteristike: 

- metalna veza između atoma 

- kristalna struktura, polimorfnost, fazne pretvorbe 

- poboljšanje svojstava legiranjem, toplinskom obradom, deformacijom 

- dobra električna i toplinska vodljivost 

- magnetska svojstva (feromagnetici, paramagnetici, dijamagnetici) 

- dobra mehanička svojstva: čvrstoća, žilavost, tvrdoća 

- neprozirni su, reflektiraju svjetlost, imaju metalni sjaj 





2







3


4.1.1 ČELICI 

Čelik je metastabilno kristalizirana legura željeza (Fe) i ugljika (≤ 2 %C), uz 

prisutne pratioce (Si, Mn) i nečistoće (P, S, ostali) i uz eventualni dodatak jednog ili 

više legirnih elemenata. 

Utjecajni 

čimbenici na 

svojstva čelika 

4.1.1 ČELICI 

Sistematizacija čelika: 

- kemijski sastav 

- mikrostruktura 

-način dobivanja 

- oblik i stanje 

-primjena 

- svojstva 

Svjetska proizvodnja čelika iznosi preko 900 000 000 t/god, što 

je 50% više od proizvodnje svih ostalih tehničkih materijala. 

Potrošnjom čelika po glavi stanovnika mjeri se stupanj 

industrijskog razvoja pojedine zemlje. 




4


4.1.1 ČELICI 

Sistematizacija čelika: 

- kemijski sastav 

- mikrostruktura 

-način dobivanja 

- oblik i stanje 

-primjena 

- svojstva 

4.1.1 ČELICI 

Sistematizacija čelika prema primjeni 




5


4.1.1.1 KONSTRUKCIJSKI ČELICI 

(konstrukcijski dijelovi: osovine, 

vratila, zupčanici, nosači, opruge, 

vijci, zatici, poklopci kučišta, ventili, 

spremnici, cjevovodi itd.) 

SVOJSTVA: 

MEHANIČKA SVOJSTVA (R e , 

deformabilnost, granica puzanja, KU 

OTPORNOST NA TROŠENJE 

OTPORNOST NA DJELOVANJE 

OKOLNOG MEDIJA 

TEHNOLOŠKA SVOJSTVA 

Vrste konstrukcijskih čelika: 

Opći konstrukcijski čelici 

Brodograđevni konstrukcijski čelici 

Čelici povišene čvrstoće 

Ugljični čelici za tanke limove 

Niskougljični čelici za trake 

Čelici za žicu 

Čelici za vijke, matice i zakovice 

Čelici za cementiranje 

Čelici za poboljšavanje 

Čelici za opruge 

Čelici poboljšane rezljivosti 

Posebni konstrukcijski čelici 


Opći konstrukcijski čelici: - opći konstrukcijski čelici 

- čelici za strojogradnju 

- (nosivost i sigurnost): meh. svojs. (Re, Rm , Rmt , Rms , K, zavarljivost ↓%C, ↓ %Me 

- hladna oblikovljivost (za savijanje, duboko vučenje, kovanje...), rezljivost (OOČ) 

- nije propisan kemijski sastav, propisana (zajamčena) mehanička svojstva 

-nečistoće nešto više (S, P)– nisu predviđeni za TO 

- sitnozrnatost (normalizacijom), smirivanje Al 

- F/P mikrostruktura 

- klasifikacija prema Re i KV 

- odlučujuće za primjenu: meh. svojstva i zavarljivost 

-Reovisi o debljini (dimenzijama) 

- uporabne temperature: - 40 do + 50 

- primjena: konstrukcije u građevinarstvu (dizalice, mostovi, stupovi dalekovoda...), 

spremnici tekućina i plinova, dijelovi vozila - šasija 




6



Opći konstrukcijski čelici: - opći konstrukcijski čelici 

- čelici za strojogradnju 

- slabije su zavarljivi (%C), 

-više su čvrstoće 

- nisu namijenjeni za kaljenje 

- primjena: dijelovi koji se gibaju (osovine, vretena, zupčanici) i prenose sile i 

momente (klinovi, zatici, vijci, ručice, poluge) 


Čelici za vijke, matice i zakovice (0,1 – 0,2 %C) 

Čelici za hladni i topli postupak izrade vijaka, matica i zakovica (P, S smanjeni → 

plastičnost, nema pojave napuklina, nisu skloni krhkom lomu (KV pri temp.) 

Čelici za izradu matica na toplo (više P 0,08...0,25% → snižena opasnost toplih napuklina) 

Čelici za izradu matica na hladno (više S 0,08...0,12 % → bolja rezljivost) 

Oznaka klase čvrstoće vijaka i matica - viša svojstva: npr. čelici za poboljšavanje 




7



Čelici za poboljšavanje (> 0,35 %C) 


Čelici za opruge 




8



Čelici poboljšane rezljivosti 


Posebni konstrukcijski čelici: 

1. Korozijski postojani (nehrđajući) čelici: 

- feritni i superferitni, austenitni, martenzitni 

2. Čelici za rad pri povišenim i visokim temperaturama 

-ugljični, niskolegirani s Mo ili Mo i Cr, visokolegirani, austenitni 

vatrootporni , za ventile motora 

3. Čelici za rad pri niskim temperaturama 

Kriteriji izbora: 

- dovoljna žilavost na 

4. Visokočvrsti čelici 

niskim temperaturama 

(KV=27 J na -40 

(ultračvrsti čelici ) 

0C) Materijali i proizvodni postupci 


Uvjeti antikorozivnosti: 

-min.12 %Cru čvrstoj 

otopini (niži %C) 

- monofazna (homogena) 

mikrostruktura 

180 – 450 °C povišene 

temp. 

>450 °C visoke temp. 

Kriteriji izbora: 

mehanička otpornost i 

(često) kemijska otpornost 

na razne medije, plinove, 

vatru i sl. 


9


4.1.1.2 ALATNI ČELICI 


• Nelegirani alatni čelici 

• Niskolegirani alatni čelici za 

hladni rad 

• Visokolegirani alatni čelici za 

hladni rad 

• Alatni čelici za kalupe za rad 

u toplom stanju 

• Brzorezni čelici 

• Nelegirani alatni čelici 

• Niskolegirani alatni čelici za hladni rad 

• Visokolegirani alatni čelici za hladni rad 

• Alatni čelici za kalupe za rad u toplom stanju 

• Brzorezni čelici 




10



Opće karakteristike mikrostrukture alatnih čelika: 

→ višefazna mikrostruktura sastavljena od metalne matrice (nelegirane, legirane) i 

karbida 

→ zahtijevana svojstva alatnog čelika (otpornost na trošenje, žilavost, otpornost na 

popuštanje, ...) postižu se legiranjem, kaljenjem i popuštanjem te postupcima 

površinskog modificiranja (površinsko kaljenje, toplinsko-kemijski postupci, postupci 

prevlačenja) 

→ legirajući elementi: - povećavaju sklonost nastanka austenita: Ni, Mn, Co 

- povećavaju sklonost nastanka ferita: Cr, Mo, Si, V, W 

- karbidotvorci: Cr, Mo, V, W 

→ polazna mikrostruktura alatnog čelika uobičajeno se mijenja nekoliko puta tijekom 

izrade alata (sferodizacijsko žarenje, kaljenje, popuštanje) 


Fizikalna i mehanička svojstva tehnički čistog aluminija 




11



Primjena aluminijskih legura u suvremenom automobilu 


‘Životni ciklus’ od proizvodnje do 

oporabe (recikliranja) Al-legura 

Gnječene Al-legure Lijevane Al-legure 



(Al-Si, Al-Mg, Al-Si-Mg) 


12



Gnječene Al-legure: -Legure očvrstive hladnom deformacijom 

Metalna pjena Al –legure) 

- Precipitacijski očvrstive legure 


Fizikalna i mehanička svojstva tehnički čistog bakra 




13




α 

α+β 




14



Legure bakra s cinkom (mjedi) 





15


4.1.4 MAGNEZIJ I MAGNEZIJSKE LEGURE 

Fizikalna i mehanička svojstva tehnički čistog magnezija 

4.1.4 MAGNEZIJ I MAGNEZIJSKE LEGURE 




16



Fizikalna i mehanička svojstva tehnički čistog titana 


Tehnički čisti titan 




17



Titanove legure 





18



4.2 KERAMIČKI MATERIJALI (TEHNIČKA KERAMIKA) 




19


4.2 KERAMIČKI MATERIJALI (TEHNIČKA KERAMIKA) 

⇒ osnove karakteristike ( u odnosu na metalne materijale): 

- ionska i/ili kovalentna veza između atoma 

- kristalna ili amorfna struktura 

- sklonost lomu zbog mikrostrukturnih pogrešaka (poroznost, uključci,..) 

-slaba električna vodljivost (dielektrična i izolacijska svojstva) 

- magnetska svojstva (feromagnetičnost, feroelektričnost, paramagnetičnost) 

- povišena tvrdoća (osobito na povišenim temperaturama) 

- povišena tlačna i savojna čvrstoća 

- povišena otpornost na puzanje 

- povišena otpornost na trošenje 

- kemijska inertnost 

- mala toplinska rastezljivost, toplinska vodljivost može biti mala i velika 

- relativno niska gustoća 


Toplinski i električni izolatori 

Keramičke obloge cilindara kod motora s unutrašnjim izgaranjem (Porsche 911) 



Dijelovi u tehnici niskog napona Ventili i različiti dijelovi za regulaciju protoka 


20



Keramički eramički materijali, materijali, 

anorganski su materijali sastavljeni od metalnih i nemetalnih 

elemenata spojeni ionskom i/ili ili kovalentnim vezama. vezama. 

Kemijski sastav keramičkih materijala znatno se mijenja od jednostavnih spojeva do 

smjesa mnogih kompleksnih faza pa im sukladno tome variraju i svojstva. svojstva 

Podjela keramike prema mineralnom (kemijskom) sastavu: 

1. silikatna keramika: npr. porculan, mulit, kordijerit, steatit. 

2. oksidna keramika: 

- jednokomponentni sustavi (npr. aluminijev oksid, magnezijev oksid, cirkonijev 

oksid, titanov oksid), 

- višekomponentni sustavi : 

- miješana oksidna keramika (npr. aluminijev titanat, olovni cirkonij-titanat), 

- kompozitna keramika (npr. aluminijev oksid ojačan cirkonijevim oksidom) 

3. neoksidna keramika (karbidi, nitridi i oksinitridi): npr. silicijev karbid, silicijev 

nitrid, aluminijev nitrid, bor-karbid, bor-nitrid. 


• Za proizvodnju oksidne i neoksidne keramike nužni su skupi sintetički prahovi i 

visoke temperature sinteriranja, što ih čini skupljim u odnosu na silikatnu 

keramiku, ali zato oksidna i neoksidna keramika imaju bolja svojstva. Neoksidni 

spojevi SiC, Si 3 N 4 imaju bolju čvrstoću pri povišenim temperaturama i otpornost 

na toplinske šokove nego oksidna keramika npr. Al 2 O 3 , ZrO 2 

• U tehničkoj primjeni važni su slijedeći keramički materijali: 

Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, Si 3 N 4 : 

Primjeri primjene: 

- klizne brtve i dijelovi pumpi: Al 2 O 3 

- dijelovi izmjenjivača topline: SiC 

- alati za oblikovanje: Al 2 O 3 i ZrO 2 

- rezne pločice i oštrice za obradu odvajanjem čestica:Al 2 O 3 ,ZrO 2 , Si 3 N 4 ,BN 




21


4.3 TVRDI METALI 

⇒ osnove karakteristike : 

- materijali sa svojstvima neoksidne keramike i metalnih materijala 

- visoko talište 

-visoka tvrdoća i otpornost na trošenje 

- visok modul elastičnosti (na povišenim temperaturama) 

- visoka tlačna i savojna čvrstoća (na povišenim temperaturama) 

- visoka električna i toplinska vodljivost 

- otpornost na toplinske šokove 

- otpornost na koroziju 

⇒primjena za izradu: 

- reznih alata 

- alata za duboko vučenje, probijanje, provlačenje i sl. 

- elemenata strojeva (valjaka, košuljica cilindara, turbinskih lopatica) 

4.3 TVRDI METALI 

Mikrostruktura tvrdog metala (89% 

WC u matrici, povezani s 11% Co) 

Metalnu matricu tvrdih metala čine 

karbidi titana, volframa i tantala 

uobičajeno međusobno povezani 

kobaltom. Karbidi daju tvrdoću i 

otpornosti na trošenje, a kobalt žilavost. 

Primjeri alata od tvrdog metala za obradu deformiranjem 




22







23



Talina 

Krutina 

Kristalasti 

polimeri 

Amorfni 

polimeri 

Tekući (polimerni) 

kristali 

Shematski prikaz promjena strukture različitih vrsta polimera pri skrućivanju 


⇒ osnove karakteristike : 

- makromolekularna struktura (kovalentne i fizikalne veze) 

- amorfna ili kristalasta struktura (ovisno o vrsti kemijskih i fizikalnih veza) 

-slaba električna i toplinska vodljivost (dielektrična i izolacijska svojstva) 

- dobra kemijska postojanost 

- mali faktor trenja 

- dobro prigušenje vibracija 

- prerada deformiranjem (uz relativno malo povišenje temperature) 

- mala gustoća 

- ovisnost svojstva o postupku prerade 

- povišena toplinska rastezljivost 

- mala površinska tvrdoća 

- podložnost starenju 




24



Mehanička svojstva polimernih materijala Primjeri plastomera 

4.5 RAZVOJ TEHNIČKIH MATERIJALA 




25

MATERIJALI I PROIZVODNI POSTUPCI Ak.god. 2011/2012 ... - Fsb

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?