Novi materijali
May 4, 2017 | Author: Naksalit | Category: N/A
Short Description
Predavanja iz kolegija Novi materijali, FSB....
Description
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
NOVI MATERIJALI Prof.dr.sc. Danko Ćorić
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
PREDAVANJA: 1. 14.3. Znanost i inž. materijala – značajke istraživanja, trendovi. Izvori informacija – časopisi, inf. sustavi, patentne baze (DĆ) 2. 21.3. Čelici povišene i visoke čvrstoće. (DĆ) 3. 04.4. Duplex nehrđajući čelici (DĆ) 4. 11.4. Superlegure; Titan i njegove legure (DĆ) 5. 18.4. Sinterirani materijali (DĆ) 6. 25.4. K1. Polimerni materijali i PMC (DĆ) 7. 02.5. MMC, Keramika i CMC. Tvrdi metali (LĆ) 8. 09.5. Ćelijasti materijali (LĆ) 9. 16.5. K2. Nanomaterijali i nanotehnologije – Uvod (LĆ) 10. 23.5. Nanomaterijali (LĆ) 11. 30.5. Pametni i funkcionalni materijali (DĆ) 12. 06.6. Pametni i funkcionalni materijali (DĆ) 13. 13.6. K3
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
OBVEZE STUDENATA:
- Redovito pohađati predavanja i vježbe (oko 30 % bodova) - Položiti 3 kolokvija, nema ponavljanja (oko 70 % bodova)
www.fsb.unizg.hr/materijali
1
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SADRŽAJ DANAŠNJEG PREDAVANJA:
•
Materijali kroz povijest civilizacije
•
Istraživanja materijala
•
Novi materijali i razvoj proizvoda
•
Izvori podataka
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE
2
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE KERAMIKA - NEKAD
Kaolinski ratnici (Kina)
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE Izolator
TEHNIČKA KERAMIKA DANAS Kuglice ležaja od SN Brtvene pločice, vodilice konca, mlaznice
Cijevni luk za transport praha
Kućište tiristora
Koluti za žicu od ZrO2
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE Cu I Cu-LEGURE - NEKAD I DANAS
3
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE Fe i Fe-LEGURE - NEKAD
Minerali željeza
Damaščanski mač (detalj) Željezni bodež
Keltski pribor iz željenog doba
Damaš čanski mač
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE PRIMJENE NELEGIRANIH KONSTRUKCIJSKIH ČELIKA
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE PRIMJENE ALATNIH ČELIKA
4
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE PRIMJENA AUSTENITNIH ČELIKA
Dno: Sendvič aluminij+ austenitni čelik
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE TIPIČNI PRIMJERI DANAŠNJIH PROIZVODA OD Al I Al-LEGURA
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE PRIMJENE POLIMERNIH MATERIJALA
5
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE pluto
drvo balza
ĆELIJASTE STRUKTURE U PRIRODI spužva
kost koralj
sipina kost
list irisa
stabljika biljke
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE ĆELIJASTI MATERIJALI – METALNE PJENE
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE SENDVIČ KOMPOZITI – RAZLIČITI OBLICI ĆELIJA JEZGRI
6
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
MATERIJALI KROZ POVIJEST CIVILIZACIJE Čelici Ljevovi Al-legure
Današnji svijet materijala
Metali Cu-legure Ni-legure Ti-legure Mg-legure
PE, PP, PC PA
Al2O3 Zro2 SiC
Keramike stakla
Plastomeri, duromeri, elastomeri
GFRP CFRP
Kompoziti Polimerni Metalni Keramički
Hibridi Polimerne Metalne
Pjene Keramičke Staklene
Drvo
Prirodni materijali Prirodna vlakna Koža, Kamen Papir
Danas ima >100.000 vrsta tehničkih materijala. Zadnjih 80-ak godina u primjenu je ušlo toliko novih vrsta kao u cijelom prethodnom razdoblju.
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
Radna temperatura plinske turbine
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA RAZVOJ MATERIJALA ZA LOPATICE PLINSKIH TURBINA
Suvremene toplinske barijere
Superlegure
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA RAZVOJ MATERIJALA ZA REZNE ALATE
7
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA Razvoj kućišta motorvretena od različitih materijala
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA
HIBRIDNA KONSTRUKCIJA Al-legura+PMC (ugljična vlakna)
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA Polimer ojačan ugljičnim vlaknima
8
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA Osovina od PMC (ugljična vlakna) - Renault Espace Quadra
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA POLIMERNI KOMPOZITI BOEING 787
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA POLIMERNI KOMPOZITI
9
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA
Bicikl
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA Polimerni kompoziti i sport
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA
Pistorius-ova proteza (opruga) od PMC (ugljična vlakna)
10
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA METALNI KOMPOZITI, MMC
KERAMIČKI KOMPOZITI
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA MINERALNI LIJEV/POLIMERNI BETON ZA POSTOLJA STROJEVA
PREDNOSTI : - manja masa, - 6-10x brže prigušenje vibracija nego sivog lijeva, - mala toplinska vodljivost i neosjetljivost na DT - korozijska postojanost, - sloboda konstrukcijskog oblikovanja, - hladan postupak oblikovanja
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA KERROCK I CORIAN PRIMJENE
11
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA Primjene METALNIH PJENA (Al-pjena)
Konzola - sedvič Dijelovi ovjesa
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA Naprave od pametnih Ni-Ti legura za ravnanje zubi
MEDICINA I STOMATOLOGIJA
Proteza umjetnog kuka
Stent Ni-Ti legura
Zalistak srca - pirolitički C
Proteza koljena
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA POLIMERNO-KERAMIČKI KOMPOZITNI NANOSLOJEVI - SOL GEL PROCES SLOJEVI OTPORNI NA GREBANJE (npr. za automobilsku karoseriju) ANTIBAKTERIJSKI SLOJEVI I NANOČESTICE primjena u medicini, telefoni, kvake... MULTIFUNKCIONALNI SLOJEVI: transparentnost, tvrdoća, neprianjanje prljavštine, adaptivna svojstva...
SAMOČISTEĆI SLOJEVI (NE PRIANJA PRLJAVŠTINA I VODA)
12
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA LOTUS EFEKT – u prirodi: HIDROFOBNOST
Hidrofobni tekstil
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA NANOMAGNETI NANOSTRUKTURIRANI MATERIJALI LASEROM FOKUSIRANA LITOGRAFIJA Laser kreira stojni svjetlosni val koji usmjerava na atome koji isparuju
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA GRAFENI – 2D strukture debljine jednog atoma!
Grafeni, 2004.
13
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA BIOMIMETIČKI MATERIJALI Struktura oklopa školjke “Abalone” Naizmjenično složeni nanoslojevi mekšeg (organskog) i tvrđeg (CaCO3) materijala
Lomna žilavost oklopa je 3000X viša nego čistog CaCO3 - IZVANREDNA OTPORNOST NA UDARNA OPTEREĆENJA S VELIKIM BRZINAMA – protubalističke primjene - TOPLINSKI IZOLATOR
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA Struktura periske
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA MUZIČKI INSTRUMENTI I KUTIJE ZA INSTRUMENTE
Kutija za vilončelo Epoksidna smola + ugljična vlakna Patent inovatora iz Pule Epoksidna smola + ugljična vlakna
14
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUVREMENI MATERIJALI I RAZVOJ PROIZVODA POJAM ”NAPREDNI, SUVREMENI ILI NOVI MATERIJALI": 1.Bitno novi sastav, struktura i svojstva 2.Bitno novi postupak proizvodnje i oblikovanja 3.Nova područja primjene u odnosu na "klasične" materijale - relativno, jer ovisi o znanju korisnika.
Od ideje o novom materijalu do njegove industrijske primjene može proteći 10 do 15 godina, a kod složenijih problema i više od 40 godina.
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ISTRAŽIVANJA I RAZVOJ MATERIJALA
• Znanost i inženjerstvo materijala
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ISTRAŽIVANJA I RAZVOJ MATERIJALA Karakteristike istraživanja i razvoja • ZNANSTVENI PRISTUP • POBOLJŠAVANJA SVOJSTAVA POSTOJEĆIH MATERIJALA • NOVI FUNKCIONALNI MATERIJALI • NANOZNANOST I NANOTEHNOLOGIJE • MATERIJALI I OKOLIŠ – BILANCIRANJE U CIJELOM ŽIVOTNOM CIKLUSU, RECIKLIRANJE, NEOPASNI MATERIJALI
15
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ISTRAŽIVANJA I RAZVOJ MATERIJALA KARAKTERISTIKE DANAŠNJIH ISTRAŽIVANJA •
Nova paradigma ® materijali kao dodana vrijednost a ne samo resurs
•
Multidisciplinarnost
•
Nove analitičke metode i suvremena instrumentacija
•
Računalno modeliranje i simulacije - projektiranje materijala željenog sastava, strukture i svojstava
•
Kvantifikacija strukture i procesa u nano i mikrosvijetu
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ISTRAŽIVANJA I RAZVOJ MATERIJALA ŽIVOTNI CIKLUS PROIZVODA
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ISTRAŽIVANJA I RAZVOJ MATERIJALA NEKE BITNE PRETPOSTAVKE ISTRAŽIVANJA I RAZVOJA SUVREMENIH MATERIJALA • Svjesnost o važnosti materijala – u najrazvijenijim zemljama to nije više problem; • Vrlo sofisticirana i skupa oprema; • Visokoobrazovani istraživači; • Organizacija znanstvenog i istraživačkog rada – mreže institucija, lanci projekata od temeljnih do primijenjenih istraživanja, multidisciplinarni timovi - Primjer: programi EU; • Velika ulaganja – Njemačka ulaže oko 400 milijuna EUR/god, Japan i SAD više od 1 milijarde $ samo iz državnih fondova.
16
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ISTRAŽIVANJA I RAZVOJ MATERIJALA KONCEPT RAZVOJA MATERIJALA Ispunjenje nepostojećih kombinacija svojstava materijala
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ISTRAŽIVANJA I RAZVOJ MATERIJALA Granice u prostoru svojstava materijala
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ISTRAŽIVANJA I RAZVOJ MATERIJALA Mikro-rešetkasta konstrukcija
Plus: multifunctionality
17
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ISTRAŽIVANJA I RAZVOJ MATERIJALA TROŠKOVI PRIMJENE NOVIH MATERIJALA
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ISTRAŽIVANJA I RAZVOJ MATERIJALA
Razvrstavanje materijala prema cijeni
10…>100 €/kg
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
IZVORI PODATAKA O MATERIJALIMA • Časopisi, knjige, zbornici radova • Priručnici, katalozi • Sivi izvori – ispitivanja, projekti • Patenti • ... Klasični Računalom podržani – inf. sustavi, bp, es
18
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
IZVORI PODATAKA O MATERIJALIMA RAČUNALNA POMAGALA PRI IZBORU MATERIJALA 1. BIBLIOGRAFSKE BAZE I INFORMACIJSKI SERVISI - KNJIGE, ČASOPISI, ZBORNICI RADOVA I SL. 2. FAKTOGRAFSKE I NUMERIČKE BAZE PODATAKA I INF. SUSTAVI 3. PATENTNE BAZE PODATAKA 4. CAMS (Computer Aided Material Selection) SUSTAVI ZA ODABIR MATERIJALA 5. EKSPERTNI SUSTAVI
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
IZVORI PODATAKA O MATERIJALIMA Neke BIBLIOGRAFSKE BAZE i javni inf. servisi: • • • • • • • • • • • • • • •
METADEX - Metals Abstr. Index, COMPENDEX - Computerized Engineering Index, NTIS - National Technical Inf. Service, SDIM - Systeme de Documentation et Inf. Metalurgie, PASCAL INSPEC - Int. Inf. Service for the Physics and Eng. Communities, EMA - Eng. Materials Abstracts, MBF - Materials Business File, WAA - World Aluminium Abstr., Nonferrous Metals Abstr., KKF - Kunststoffe Kautschuk-Fasern, CA - Ceramics Abstracts, SILICA Ceramic, RAPRA Abstracts CHEM.COR – NACE-NIST COR.AB – NACE
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
IZVORI PODATAKA O MATERIJALIMA HRVATSKA PATENTNA BAZA PODATAKA
19
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
IZVORI PODATAKA O MATERIJALIMA EUROPSKA PATENTNA BAZA PODATAKA
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
IZVORI PODATAKA O MATERIJALIMA
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
IZVORI PODATAKA O MATERIJALIMA
http://www.aluminium.matter.org.uk/aluselect/
20
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
IZVORI PODATAKA O MATERIJALIMA
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
IZVORI PODATAKA O MATERIJALIMA Cambridge Engineering Selector - CES softverski paket
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ČELICI ISTAKNUTE ČVRSTOĆE
21
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ČELICI ISTAKNUTE ČVRSTOĆE • Cilj razvoja ovih čelika je postignuće što više granice razvlačenja (Re) i više vlačne čvrstoće (Rm).
Skupine Skupinečelika čelikaistaknute istaknutečvrstoće: čvrstoće: 1.1.povišena p0,2 500 MPa
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ČELICI ISTAKNUTE ČVRSTOĆE NORMALIZIRANI SITNOZRNATI ČELICI POVIŠENE ČVRSTOĆE • Razvijeni su iz čelika S355J0G3 i S355JG3 koji su smireni aluminijem i slicijem i imaju sitnozrnatu feritno-perlitnu mikrostrukturu i zadovoljavajuću zavarljivost. • Prvi koraci unapređenja kvalitete ovih čelika bili su smirivanje silicijem radi poboljšanja zavarljivosti, te povišenje sadržaja ugljika radi povećanja Re. Utjecaj legirnih elemenata na porast čvrstoće i granice razvlačenja Legirni element C Si Mn Cr Ni Mo Cu
Povišenje dodatkom 0,1 % leg. ele menta DRm DRp0,2 MPa MPa 70 30 9,2 5,6 8,0 8,4 7,4 5,5 3,4 5,5 25 20 5,7 8,0
27
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ČELICI ISTAKNUTE ČVRSTOĆE NORMALIZIRANI SIZNOZRNATI ČELICI POVIŠENE ČVRSTOĆE • Sitno feritno-perlitno zrno ® povišenje granice razvlačenja i povećanje žilavosti sniženjem prelazne temperature (Jp). • Za čelike BCC strukture poželjna je što niža Jp - radna temperatura, Jr, mora biti viša od Jp ® žilavi (duktilni) lom Ako je Jr < Jp ® krhki lom (bez makroplastične deformacije) – OPASNO! čelik povišenih udjela P i N posebno smireni čelik
Posebno smireni (Si+Al) sitnozrnati čelik: Aluminij se spaja s
Smireni kisikom iz taljevine u spoj čelik
Al2O3 koji odlazi u trosku, ali i s dušikom u spoj AlN koji ostaje jednoliko disperziran u čeliku. Sitne AlN čestice „opkoljavaju“ austenitno zrno i sprečavaju njegov rast pri kasnijem ugrijavanju.
Ovisnost udarnog rada loma o temperaturi
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ČELICI ISTAKNUTE ČVRSTOĆE NORMALIZIRANI SIZNOZRNATI ČELICI POVIŠENE ČVRSTOĆE Utjecaj mehanizama očvrsnuća na promjenu prelazne temperature
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ČELICI ISTAKNUTE ČVRSTOĆE NORMALIZIRANI SIZNOZRNATI ČELICI POVIŠENE ČVRSTOĆE Razvoj općeg konstrukcijskog čelika S355 smirenog Al
• Niskolegirani čelici povišene i visoke čvrstoće poznati su kao HSLA čelici („High Strength Low Alloyed”)
28
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ČELICI ISTAKNUTE ČVRSTOĆE NORMALIZIRANI SIZNOZRNATI ČELICI POVIŠENE ČVRSTOĆE • Karakteristike orijentacijskog kemijskog sastava normaliziranih sitnozrnatih čelika: 1. do 0,2 %C - radi zavarljivosti, 2. što veći udjel Mn (ne preko 1,7 %Mn radi zavarljivosti, Ce) ® povišenje granice razvlačenja i sniženje prelazne temperature, 3. »0,025 %Al – radi sitnozrnatosti, 4. mikrolegirnanje Nb, V i Ti Propisana mehanička svojstva: Rp0,2 – minimalne vrijednosti za različite dimenzije, a kod čelika za povišene temperature i pri određenim povišenim temperaturama, Rm – vrijednosti u određenom rasponu, A5 – minimalna zajamčena vrijednost, KV – uzdužno i poprečno izrezani uzorci ispitani pri različitim temperaturama od -60 °C do +20 °C.
•
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ČELICI ISTAKNUTE ČVRSTOĆE NORMALIZIRANI SIZNOZRNATI ČELICI POVIŠENE ČVRSTOĆE Svojstva normaliziranih sitnozrnatih mikrolegiranih čelika povišene čvrstoće Oznaka čelika za za za normalne pov išene niske temp. tem p. temp.
Rm, MPa za debljinu 1000 MPa • Glavna područja primjene ovih čelika su: • motorna vozila, • zrakoplovi, • raketna i svemirska tehnika • Visoka čvrstoća i visoka granica razvlačenja omogućuju izradu lakih (tankostjenih) konstrukcija uz istu mehaničku otpornost (nosivost).
Podvozje zrakoplova izrađeno od ultračvrstog čelika
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI • Pored visoke čvrstoće i granice razvlačenja od ovih čelika se zahtijeva i sljedeće: dovoljna duktilnost i žilavost (otpornost na krhki lom), niska prijelazna temperatura, Ø dobra lomna žilavost i niska urezna osjetljivost, Ø dovoljna otpornosti na umor, Ø zadovoljavajuća korozijska postojanost, Ø čvrstoća pri povišenim i visokim radnim temperaturama, Ø laka rezljivost, Ø zadovoljavajuća zavarljivost Ø
32
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI
Podskupine ultračvrstih čelika: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
niskolegirani niskopopušteni čelici; visokolegirani Cr-Mo-V visokopopušteni čelici; termomehanički obrađeni čelici; korozijski postojani precipitacijski očvrsnuti čelici (PH čelici); čelici "maraging"; hladnom deformacijom očvrsnuti nelegirani i niskolegirani čelici
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI
• Novije vrste ultračvrstih čelika: Ø
MARAGING čelici
Ø
TRIP čelici
Ø
AUSFORMING čelici
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI MARAGING ČELICI •
MARAGING - “martensit aging” (dozrijevanje martenzita)
•
Kemijski sastav: niskougljični (< 0,03 %C), visokolegirani u ternarnom sustavu Fe-Ni-Co + Mo, Ti, Al i (B i Zr) Uobičajeno sadrže: oko 18 %Ni, 7...14 %Co, 3...6 %Mo, 0,15...2 %Ti, 0,05...0,2 %Al
•
Toplinska obrada
Mehanička svojstva, 20 °C
Oznaka čelika
Ostalo, %
X2 NiCoMo 18 8 3
0,2 Ti
820…860 °C/ 470…490 °C / zrak 3…5 h
X2 NiCoMo 18 9 5
0,1 Al 0,7 Ti
820…860 °C/ zrak
480 °C / 3 h
1960
1910
7
30
X2 NiCoMo 18 12 4
0,2 Al 1,75 Ti
820 °C / zrak
500 °C / 6 h
2350
2260
6
10
Rastopno žarenje
Dozrijevanje
Rm, N/mm 2 min. 1150…1300
Rp0,2 , N/m m 2 min.
A5, KUDVM, % J min. min.
1050…1200 8…15
40
33
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI MARAGING ČELICI • Toplinska obrada: rastopno žarenje, gašenje i dozrijevanje
•
Budući da su temperature martenzitne pretvorbe relativno visoke austenit se hlađenjem s temperature austenitizacije transformira u martenzit. Nastali prezasićeni masivni (ne igličasti) nikal martenzit nije tako tvrd niti krhak kao ugljični martenzit tako da je čelik vrlo dobro obradljiv hladnim deformiranjem i odvajanjem čestica, a također je i dobro zavarljiv.
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI MARAGING ČELICI • Ultra visoka čvrstoća postiže se dozrijevanjem na temperaturi 450-510 °C u trajanju 3-12 h kada u nikal martenzitu precipitira niz fino raspršenih intermetalnih spojeva sastava: Ni3Al, Ni3Ti, Ni3(Ti,Al), Ni3Mo, Fe2Mo, (Fe,Co)2Mo, FeCr, Fe7Mo6 …
Precipitacijom intermetalnih faza visoke tvrdoće, koherentnih s nikal martenzitnom matricom, dodatno se otežava gibanje dislokacija tako da se vrijednosti Rp0,2 podižu do 2500 MPa, a Rm do 2900 MPa.
Precipitacijsko očvrsnuće dozrijevanjem
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI MARAGING ČELICI
Utjecaj temperature dozrijevanja na svojstva čelika X2 NiCoMo 18 8 5
34
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI MARAGING ČELICI • Osim iznimne čvrstoće i granice razvlačenja ovi čelici imaju i visoku lomnu žilavost ® velika otpornost na naglo širenje napuklina
Lomna žilavost maraging čelika u odnosu na kaljene i popuštene ugljične čelike
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI MARAGING ČELICI •
Dobra tehnološka svojstva: - male deformacije pri toplinskoj obradi (»0,08 %) , nema razugljičenja i oksidacije; - mala sklonost inicijalnim pukotinama nakon gašenja; - laka obradljivost odvajanjem čestica i hladna deformabilnost nakon rastopnog žarenja; - dobra zavarljivost zahvaljujući niskim udjelima C, P i S uz mogućnost postizanja jednakih svojstava ZUT-a i osnovnog materijala.
•
Nedostaci: - visoka cijena nikla
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI MARAGING ČELICI •
Primjeri primjene: Ø Alatna primjena: Ø Konstrukcijska primjena: Kokile i ukovnji Dijelovi zrakoplova i helikoptera: - pogonsko vratilo, (za trajni rad do »650 °C) - okvir pilotskog sjedala, - hidraulični odbojnici, - opruge, - oklopi, - spremnici za tekuće gorivo Dijelovi automobila: - kardanske zglobne glave - koljenaste osovine trkaćih automobila
35
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI AUSFORMING ČELICI • Ausforming je postupak termomehaničke obrade (TMT) - kombinacija postupaka toplinske i mehaničke obrade. Time se želi postići istovremeno visoka granica razvlačenja i vlačna čvrstoća uz relativno dobru plastičnost (duktilnost) odnosno sigurnost od krhkog loma. • Ausforming postupak - niskotemperaturna TMT
Temperatura
Stabilni austenit
LTTMT
Metastabilni austenit
Vrijeme
Postupak niskotemperaturne termomehaničke obrade (LTTMT)
Postupak visokotemperaturne termomehaničke obrade (HTTMT)
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI AUSFORMING ČELICI
• Za ausforming obradu prikladni su samo neki legirani čelici koji moraju imati: Ø što veće područje tromosti metastabilnog austenita na pretvorbu (što dulje vrijeme inkubacije podhlađenog austenita), Ø srednji ili povišeni sadržaj ugljika, Ø prisutnost jednog ili više karbidotvoraca (Cr, Mo, V, W...)
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI AUSFORMING ČELICI • Austenitizirani čelik hladi se do temperature gdje je vrijeme inkubacije najduže (obično između 350 i 600 °C), zatim plastično deformira valjanjem (tzv. regulirano valjanje) s minimalnim stupnjem deformacije 70 % i nakon toga gasi tj. pretvara u martenzit.
Ausforming postupak u TTT dijagramu
36
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI AUSFORMING ČELICI • Vrlo veliko povećanje čvrstoće s obzirom na klasičnu toplinsku obradu (kaljenje i popuštanje) posljedica je: Ø sitnijih iglica martenzita koje nastaju naknadnim gašenjem, Ø veće gustoća dislokacija u martenzitu unešenih deformiranjem austenita, Ø finije distribucije sitnih karbida u martenzitnoj matrici
Utjecaj ausforming postupka na krivulju popuštanja čelika X40CrMoV 5 1
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI AUSFORMING ČELICI • Ausforming obradom se povisuje Rp0,2 za otprilike 30 % (Rp0,2 < 2600 MPa, Rm < 3000) uz zadržavanje dobre istezljivosti (A5 < 20 %) , a također se povisuje i dinamička izdržljivost, Rd ≈ (0,35-0,40)·Rm, uz istovremeno visoku lomnu žilavost (KIC)
Utjecaj ausforming obrade na trajnost ležaja mlaznog motora
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI AUSFORMING ČELICI Mehanička svojstva nekih čelika ausforming i klasično toplinski obrađenih Oznaka čelika
X41CrMoV 5 1
X30Cr 13
35NiCrMo 16 6 35NiCrMo 18 X22CrMoWV 12 1
Obrada Kaljen + popušten, Jp=530 °C Ausforming: Joblik=500 °C, e=70 %, Jp=500 °C Joblik=530 °C, e=90 %, Jp=530 °C Kaljen + popušten, Jp=500 °C Ausforming: Joblik=400 °C, e=68 % Joblik=500 °C, e=55 %, Jp=500 °C Joblik=550 °C, e=40 % Kaljen + popušten, Jp=600 °C Ausforming: Joblik=500 °C, e=70 %, Jp=600 °C Poboljšan Ausforming: Joblik=500 °C, e=70 % Kaljen + popušten, Jp=530 °C Ausforming: Joblik=540 °C, e=75 %, Jp=540 °C
Rm MPa 2050
Rp0,2 MPa 1840
A5 % 8,5
2960 2620 1940
2550 2380 1430
20 8,5
2950 2500 2250 1120
2140 945
1530 2500
1360 1220
2850 1160
2100 850
1350
1020
20 20
37
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI AUSFORMING ČELICI
• Primjeri primjene: q otkivci za automobilske dijelove, q kamionske opruge, q torzijske opruge, q tijela ventila, q neki alati …
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI TRIP ČELICI • TRIP - “Transformation Induced Plasticity” (transformacijom inducirana plastičnost) • Postupak TRIP primjenjuje se za austenitne čelike precizno reguliranog sastava, tzv. TRIP čelici, kod kojih je moguća pretvorba prethodno precipitacijski očvrsnutog austenita u deformacijski martenzit valjanjem pri okolišnoj ili nižoj temperaturi
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI TRIP ČELICI • Kemijski sastav TRIP čelika: Ø Niskolegirani čelici: 0,1-0,4 %C; 0,3-2,0 %Si; 1,0-3,0 %Mn; 0,05-2,0 %Al Ø
Visokolegirani čelici: kemijski sastav poput nehrđajućih austenitnih čelika, ali s povišenim sadržajem ugljika (>0,2 %C, 16-20 %Cr, 8-12 %Ni, eventualno do 4 %Mo)
• Nakon rastopnog žarenja i gašenja visokolegirani TRIP čelici imaju austenitnu, a niskolegirani feritno-bainitno-austenitnu mikrostrukturu.
38
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI TRIP ČELICI Tipična mikrostruktura TRIP čelika
• Niskolegirani TRIP čelici imaju mikrostrukturu s oko 50 % ferita, 35-40 % bainita te s oko 15 % zaostalog austenita.
• Takva višefazna mikrostruktura postiže se izotermičkom obradom u području bainita (austempering).
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI TRIP ČELICI • Očvrsnuće čelika TRIP ostvaruje se ugrijavanjem rastopno žarenog i gašenog čelika na neku temperaturu iznad Md te njegovim toplim oblikovanjem kada zbog precipitacije i umnažanja dislokacija raste čvrstoća i granica razvlačenja (Rp0,2=1150 - 1450 MPa). • Daljnje očvrsnuće se postiže hladnim oblikovanjem (tzv. zerolling valjanje) pri okolišnoj ili nižoj temperaturi (između Md' i Ms') kada austenit prelazi u deformacijski martenzit (strain induced martensite) što ovim čelicima daje odličnu kombinaciju čvrstoće i žilavosti.
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI TRIP ČELICI • Primjer termomehaničke obrade visokolegiranog TRIP čelika (0,3 %C; 1 %Si; 19 %Cr; 8 %Ni; 0,4 %Mo): Čelik se valja pri temperaturi 425 °C (na toj temperaturi ostaje austenitan jer je Md temperatura niža i iznosi »50 °C) te naknadno podvrgava zerolling valjanju na okolišnoj temperaturi. Ako se valjanje provede na nižoj temperaturi (pri 196 °C) onda se dio austenita pretvara u deformacijski martenzit, a dio u toplinski induciran martenzit. U tom slučaju čelik treba još i popustiti.
• TRIP čelici pokazuju izvanrednu mehaničku otpornost: Rm = 1750 MPa, Rp0,2 = 1620 MPa, A = 30 % uz odličnu lomnu žilavost KIC (velika otpornost na naglo širenje napuklina)
39
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI TRIP ČELICI Lomna žilavost TRIP čelika u odnosu na ostale visokočvrste čelike i neželjezne legure
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI TRIP ČELICI Kemijski sastav i svojstva odabranih TRIP čelika Sadržaj, maseni% C
Si
Mn
0,3 0,2 0,25
2,0 * *
3,0 * *
Cr
Ni
9,0 8,0 18,0 7,0 24,0
Mo
TRIP obrada valjanje J e °C %
Rm MPa
Rp0,2 MPa
A5 %
4,0 4,0
450 500 400
1530 1550 1230
1450 1300 1150
35 35 40
80 80 80
Svojstva
* Čelici nenormiranog sastava
• Ako se prvi čelik iz gornje tablice podvrgne još postupku zerolling valjanja pri 20 °C uz e=15 % postiže se dodatno očvrsnuće tako da Rm dostiže 1750 MPa, a Rp0,2 1620 MPa uz neznatan pad isteljivosti. Ako se na tom istom čeliku izvede zerolling valjanja pri -196 °C, a nakon toga čelik popusti pri 350-400 °C granica razvlačenja raste do »2000 MPa uz zadržavanje istezljivosti (A5) u granicama 20-25 %.
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI TRIP ČELICI • Primjena visokolegiranih TRIP čelika je ograničena zbog visoke cijene (dodatak Ni), ali i troškova postupka i ograničenih mogućnosti očvrsnuća. • Niskolegirani TRIP čelici imaju veliku primjenu u auto industriji zbog: Ø odlične plastične oblikovljivosti ® izrada dijelova složenog oblika, Ø većih mogućnosti u optimiziranju dimenzija i mase dijelova vozila, Ø odlične dinamičke izdržljivosti, a time i veće trajnosti, Ø velike sposobnosti apsorpcije energije pri sudaru
40
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI TRIP ČELICI Primjena TRIP čelika u strukturi karoserije automobila
• Primjeri primjene: zaštiti elementi karoserije kao što su križni elementi, uzdužni nosač, ojačani stup, pragovi, ojačani branici…
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
ULTRAČVRSTI ČELICI TRIP ČELICI
Dijagram istezljivost-vlačna čvrstoća za odabrane materijale
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI
41
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI
NEHRĐAJUĆI ČELICI : • AUSTENITNI NEHRĐAJUĆI ČELICI, • FERITNI NEHRĐAJUĆI ČELICI, • MARTENZITNI NEHRĐAJUĆI ČELICI, • DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI • Mješovita mikrostruktura austenita i ferita u podjednakim volumnim udjelima (50:50), iako u komercijalnim legurama omjer može biti 40:60. • Duplex nehrđajući čelici imaju značajno veću čvrstoću u odnosu na austenitne nehrđajuće čelike. Zbog visokog udjela ferita oni su feromagnetični, imaju višu toplinsku vodljivost i nižu toplinsku rastezljivost od austenitnih čelika. Nadalje imaju poboljšanu otpornost na selektivnu koroziju posebice napetosnu, rupičastu-jamičastu („pitting“) te koroziju u procijepu. Posjeduju viši sadržaj kroma (19…32 %) i molibdena (do 5%) i niži sadržaj nikla u odnosu na austenitne nehrđajuće čelike. • Donja temperaturna granica primjene – 40 °C zbog gubitka žilavosti uslijed velikog udjela ferita dok je gornja radna temperatura ograničena na oko 315 °C radi izlučivanja precipitata koji nepovoljno utječu na korozijsku postojanost i mehanička otpornost.
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI KEMIJSKI SASTAV • Fe-Cr-Ni-N legure uz dodatak Mo, W, Cu, Mn, Si...
Dupleks čelici druge generacije: q Fe-23Cr-4Ni-0,1N ili dupleks čelici bez Mo, q Fe-22Cr-5,5Ni-3Mo-0,15N ili dupleks čelici s 22 %Cr, q Fe-25Cr-5Ni-2,5Mo-0,17N-Cu ili dupleks čelici s 25 %Cr (DS 45)
42
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI UTJECAJ LEGIRNIH ELEMENATA • Krom: - Osnovni legirni element za otpornost koroziji, minimalno 12% Cr u čvrstoj otopini, - S povišenjem sadržaja Cr antikorozivnost raste, - Dupleks čelici sadrže između 21 i 33 %Cr, - Alfageni legirni element ® stabilizira feritnu, prostorno centriranu kubičnu (BCC) strukturu, - Povisuje otpornost prema oksidaciji (koroziji) na povišenim temperaturama, - Porastom sadržaja kroma raste sklonost formiranju štetnih intermetalnih faza
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI UTJECAJ LEGIRNIH ELEMENATA • Nikal: -
Dupleks čelici sadrže između 4 i 9 %Ni,
-
Gamageni legirni element ® stabilizira austenitnu, plošno centriranu kubičnu (FCC) strukturu koja je zaslužna za vrlo dobru žilavost dupleks čelika,
-
Dodavanjem nikla smanjuje se izlučivanje nepoželjnih intermetalnih faza
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI UTJECAJ LEGIRNIH ELEMENATA • Dušik: -
Gamageni legirni element ® zajedno s Ni osigurava dovoljnu količinu austenita u mikrostrukturi (važno kod zavarivanja),
-
Dodaje se dupleks čelicima s visokim sadržajem Cr i Mo da smanji pojavu nepoželjne sigma-faze,
-
Posebno povisuje otpornost prema rupičastoj koroziji i koroziji u procijepu,
-
Dodatno povisuje čvrstoću duplex čelika,
-
Smanjuje opasnost od formiranja intermetalnih faza na povišenim temperaturama
43
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI UTJECAJ LEGIRNIH ELEMENATA • Molibden: -
Dupleks čelici sadrže do 4 %Mo,
-
Alfageni legirni element ® zajedno s Cr djeluje na poboljšanje korozijske postojanosti u kloridnim otopinama,
-
Podupire Cr u povećanju otpornosti čelika prema rupičastoj (jamičastoj) koroziji. Pri sadržaju > 18 %Cr dodatak Mo povećava otpornost rupičastoj koroziji i koroziji u procijepu za oko 3 puta.
-
Porastom sadržaja Mo raste opasnost od izlučivanja nepoželjnih intermetalnih faza
• Bakar, volfram i silicij: -
Dodaju se radi poboljšanja otpornosti na rupičastu koroziju i koroziju u procijepu
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI KEMIJSKI SASTAV Položaj dupleks čelika u Schaefflerovom dijagramu
Nie = %Ni +30×(%C) + 0,5×(%Mn) + 0,6×(%Cu) + 20×(%N) + 0,5×(%Co) Cre = %Cr + 2×(%Si) + 1,5×(%Mo) + 0,5×(%V + %Nb + %Ti) + 1×(%Al)
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI KEMIJSKI SASTAV
44
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI MIKROSTRUKTURA • Dupleks čelici primarno kristaliziraju kao 100 % feritni. Daljnjim hlađenjem se formira austenitna faza ovisno o brzini ohlađivanja, vrsti i udjelu legirnih elemenata te o brzini difuzije svakog pojedinog legirnog elementa. Za određeni kemijski sastav brzina ohlađivanja se podešava tako da u temperaturnom intervalu između 1050 i 1150 °C u mikrostrukturi ima 50% ferita i 50% austenita. Gašenjem se fazni udijeli zadržavaju i na sobnoj temperaturi. Pseudobinarni dijagram stanja Fe-Cr-Ni za 70% Fe
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI MIKROSTRUKTURA
Mikrostruktura dupleks čelika
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI MIKROSTRUKTURA • Osim postizanja jednakog omjera ferita i austenita, gašenjem se također sprečava nastanak štetnih mikrostrukturnih faza koje se formiraju pri sporom hlađenju. Ove nepoželjne strukturne tvorevine (izlučevine ili precipitati) snižavaju mehaničku otpornost i korozijsku postojanost.
Shematski prikaz tipičnih precipitacija u dupleks čelicima
45
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI MEHANIČKA SVOJSTVA • Dupleks čelici posjeduju visoku čvrstoću, i unatoč tomu, dobru istezljivost i dobru žilavost koju zadržavaju do - 40° C kada postaju krhki. Ovi čelici imaju puno višu granicu razvlačenja od austenitnih nehrđajućih čelika i višu tvrdoću, a shodno tome i otpornost na abrazijsko trošenje. Mehanička svojstva odabranih dupleks nehrđajućih čelika
X3CrNiMoN27-5-2
1.4460
Rm MPa 620
Re MPa 485
A % 15,0
X2CrNiN23-4
1.4362
600
400
25,0
X2CrNiMoN22-5-3
1.4462
620
450
25,0
X2CrNiMoN22-5-3
1.4462
655
450
25,0
X2CrNiMoCuN25-6-3
1.4507
770
550
25,0
X2CrNiMoCuN25-6-3
1.4507
760
550
15,0
X2CrNiMoN25-7-4
1.4410
795
550
15,0
X2CrNiMoCuWN25-7-4
1.4501
750
550
25,0
Oznake materijala
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI MEHANIČKA SVOJSTVA Utjecaj hladne deformacije na mehanička svojstva dupleks čelika 1.4462
Utjecaj temperature na granicu razvlačenja dupleks čelika
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI MEHANIČKA SVOJSTVA
Mehanička svojstva dupleks čelika: − tvrdoća: 250…350 HV, − vlačna čvrstoća, Rm: 700…1100 MPa, − konvencionalna granica razvlačenja, Rp0,2: 500…800 MPa, − udarni radn loma, KV: do170 J
46
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI KOROZIJSKA OTPORNOST • Osnovna prednost dupleks nehrđajućih čelika u odnosu na austenitne je veća otpornost prema jamičastoj koroziji, koroziji u procjepu te napetosnoj koroziji. Rupičasta-jamičasta korozija • Rupičasta-jamičasta („pitting“) korozija je oblik selektivne korozije koja nastupa na brojnim lokalitetima, a ne po cijeloj površini, a očituje se malim jamicama koje s vremenom prerastaju u rupice.
oko jamice:
u jamici: pH ↓ , Mez+ ↑, Cl- ↑ , O2 ↓
pH ↑, O2 ↑
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI KOROZIJSKA OTPORNOST • Elektrokemijska korozija koja nastupa ponajprije u otopinama halogenida (Cl-, Br-, I- ioni) • Dupleks čelici su postojani prema rupičastoj koroziji zahvaljujući visokom udjelu kroma, molibdena i dušika. Otpornost prema ovom tipu korozije određuje vrijednost djelotvorne sume elemenata (DS): DS = %Cr + 3,3×(%Mo) + 30×(%N). Djelotvorna suma elemenata za dupleks nehrđajuće čelike Oznake materijala
DS
X2CrNiN23-4
1.4362
26
X2CrNiMoN22-5-3
1.4462
35
X2CrNiMoN25-7-4
1.4410
43
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI KOROZIJSKA OTPORNOST Korozija u procjepu • Srodna jamičastoj koroziji ® procijep umjesto jamice kao klice • Elektrokemijska korozija koja nastaje na spoju dva dijela koji imaju zračnost dovoljno veliku da u nju uđe elektrolit, ali ujedno premalu da dođe do obnavljanja dotoka elektrolita i kisika. • Procijep: metal-metal, metal-nemetal
47
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI KOROZIJSKA OTPORNOST Napetosna korozija • Napetosna korozija („Stress Corosion Cracking”, SCC) je oblik selektivne korozije koja nastupa lokalno - na mjestima istovremeno izloženim djelovanju agresivnog medija i vlačnog naprezanja. • Dupleks čelici su posebno otporni prema napetosnoj koroziji u kloridnom okruženju zahvaljujući visokom masenom udjelu kroma i nižem udjelu nikla.
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI PRIMJERI PRIMJENE q
Industrija nafte i plina: crpke, desulfurizatori, destilatori, desalinizatori, ventili, spojnice, cjevovodi, uređaji na „off shore“ platformama, pumpe
Postrojenje za desulfurizaciju izrađeno od dupleks čelika, Švedska
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI PRIMJERI PRIMJENE
Ventili za naftu i plin
Spojnice od dupleks nehrđajućeg čelika
48
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI PRIMJERI PRIMJENE
Cijevi od dupleks nehrđajućeg čelika
Uređaji na „off shore” platformama
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI PRIMJERI PRIMJENE
Postavljanje cjevovoda (Ø600 mm) od dupleks nehrđajućeg čelika
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI PRIMJERI PRIMJENE q
q
q
q
Petrokemijska industrija: alati za ekstruziju PVC filma, apsorberi, separatori, izmjenjivači topline; Kemijsko-procesna industrija: u proizvodnji kiselina, rad s otopinama HF u HNO3, uređaji za H2SO4, sapnice; Brodogradnja: spremnici tankera za prijevoz kemikalija, osovine propelera, kormila, crpke, klizni ležajevi; Industrija papira: ventili, cijevi regeneracijskih peći, Spremnik tankera za prevoz kemikalija osovine mješalica
49
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
DUPLEKS NEHRĐAJUĆI ČELICI PRIMJERI PRIMJENE q
q
Transport: cisterne za jestiva ulja, voćne sokove, mlijeko, vodu za piće (zahtijeva se potpuna čistoća namirnica i nepromjenjenost okusa i boje) Konstrukcije i arhitektura: Krov pristanišne zgrade zrakoplovne luke u Dohi, Katar
Most u Štokholmu
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUPERLEGURE
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUPERLEGURE
SUPERLEGURE SU TOPLINSKI OTPORNE LEGURE NA OSNOVI NIKLA, ŽELJEZA-NIKLA ODNOSNO KOBALTA S VISOKIM UDJELIMA Cr, TE S MANJIM UDJELIMA VISOKOTALJIVIH Mo, W TE Ti I Al KOJE SE PRIMJENJUJU PRI NAJVIŠIM RADNIM TEMPERATURAMA DO 1100 °C.
50
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUPERLEGURE SVOJSTVA •
Visoka čvrstoća i visoka otpornost puzanju pri visokim temperaturama rezultat su: 1. FCC kristalne strukture - Fe i Co su polimorfni materijali koji imaju FCC kristalnu rešetku samo na visokim temperaturama dok Ni ima FCC kristalnu građu na svim temperaturama 2. visokog tališta • Ni – 1453 °C • Co – 1495 °C • Fe – 1536 °C 3. očvrsnute mikrostrukture (precipitacija, legiranje)
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUPERLEGURE SVOJSTVA Utjecaj mehanizama očvrsnuća na otpornost puzanju
Puzanje superlegura nastupa u području temperatura > 0,7×Tt (Tt – talište u K)
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUPERLEGURE SVOJSTVA
• • • • • •
Visoka otpornost na visokotemperaturnu oksidaciju; Dobra otpornost na umor; Visoka korozijska postojanost; Visoka krutost (podjednaka čeliku); Visoka gustoća, oko 8900 kg/m 3; Visoka cijena → visoka cijena legirnih dodataka i složen proces proizvodnje
51
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUPERLEGURE SVOJSTVA Primjena superlegura u mlaznom motoru
FSB ZAVOD ZA MATERIJALE
SUPERLEGURE LEGIRNI ELEMENTI Sadržaj, maseni % Element
Fe-Ni- i Nisuperlegure
Cosuperlegure
Cr
5…25
19…30
Mo, W
View more...
Comments
