ВИСОКА ТЕХНИЧКА ШКОЛА СТРУКОВНИХ
СТУДИЈА
“НОВИ БЕОГРАД”
МОЛИБДЕН У ЧЕЛИЦИМА
Драган Шупут 9/2012 професор: Карастојковић Зоран
Београд, 12.05.2013
1. УВОД
Челик
јесте нетастабилно кристализована Fe-C (Fe-
Fe
3
C) легура са садржајем угљеника мањим од
2,06%. Додавањем волфрама, хрома, молибдена, ванадијума, мангана, никла,кобалта и других
метала, појединачно или у комбинацијама, добијају се легирани челици за специјалне сврхе,
изузетно механички, хемијски или топлотно постојани. Ако је масени удео легирајућих елемената
већи од масеног удела гвожђа, или се гвожђе налази само у траговима, онда не говоримо о челику
већ о новим типовима легура. Ту спадају: негвожђане легуре на бази Al, Mg, Ti, и Zr, легуре тешко
топивих метала на бази Mo, W, Co, и Ta, платинске легуре на бази Pt, Pd, Ph, Ru, и Ir, специјалне
легуре и супер легуре.
По класичној дефиницији челик је легура гвожђа (Fe) и угљеника (C) која садржи мање од 2,11%
(масених %) угљеника. Са становишта хемије и термодинамике челик је у ствари метастабилна
легура железа (Fe) и цементита - карбида железа
Fe
3
C. Фазни дијаграм који се користи као
полазна основа при производњи и преради челика, није равнотежни фазни дијаграм Fe-C, већ
његова метастабилна верзија Fe-
Fe
3
C. Занимљиво је нагласити да су многи корисни материјали,
које екстензивно користимо, заправо метастабилни. Дијамант је, на пример, метастабилна
модификацијаугљеника док је термодинамички стабилна алотропска модификација графит.
Ако је масени удео угљеника између 2,11% и 4,3% онда говоримо о легури под именом Гвожђе
Слика 1.
Матастабилни фазни дијаграм Fe-
Fe
3
C (пуне линије). Фазне области стабилног фазног дијаграма Fe-C
означене су испрекиданим линијама
2. ОСОБИНЕ
Особине челика као што су тврдоћа, дуктилност, затезна чврстоћа... могу се креирати и
контролисати у веома широком спектру, што челик чини основним металним конструкционим
материјалом. Три основне методе, које се наравно могу међусобно комбиновати, у циљу
постизања жељених особина челика су:
•
легирање
•
термичка обрада
(жарење, каљење, побољшање, Темпцоре-метода, итд.)
•
пластична прерада
(ваљање, извачење, итд.)
Слика 3. Континуирано ливење челика
4. ЛЕГИРАЈУЋИ ЕЛЕМЕНТИ И ЊИХОВ УТИЦАЈ
НА ОСОБИНЕ ЧЕЛИКА
Легирајући елементи
у челику се резликују по томе да ли стабилизују стварање карбида,
аустенита или ферита, односно са којим циљем су легирани. Сваки елемент даје челику одређени
низ карактеристика спецфичних само њему. Постоје врсте челика где само карактеристична
комбинација „супротстављено“ делијућих легирајућих елемената даје жељену микроструктуру.
Легирање челика даје само основу за постизање жељених особина у току термичке обраде и
пластичне прераде.
Легирајући елементи у челику се деле у принципу у две групе:
•
алфагени елементи
(стабилизују ферит): Mo, Si, B, Nb, Ti, Al, W, и
•
гамагени елементи
(стабилизују аустенит): Ni, Mn, C, N, Cu.
Алуминијум (Al)
•
Ттопљења = 658°C.
•
Сужава снажно γ-област у фазном дијаграму Fe-
Fe
3
C <=> Фаворизује стварање ферита.
Алуминијум
је најјаче и најчешће примењивано дозоксидативно средство. Поред тога алуминијум
снажно утиче на концентрацију раствореног азота у челику и као такав утиче на осетљивост
легуре на процес старења. Већ у малим концетнрацијама фаворизује уситњавање зрна што касније
значајно утиче на механичке особине. Како алуминијум заједно са азотом гради нитриде високе
трвдоће, веома је широко коришћен као легирајући елемент у челицима за нитрирање.
Алуминијум повећава ватросталност (ватроотпорност) челика и као такав је често коришћен код
легирања феритских ватросталних челика. Кроз процесу „алирања“ (наношење алуминијума у
површинском слоју) може се чак и код високо угљенични челика побољшати ватросталност.
Због врло снажног утицаја на повећање коерцитивне силе алуминијум се користи у гвожђе-кобалт-
алуминијум челику од кога се праве перманентни (стални) магнети.
Арсен (As)
•
Ттопљења = 817°C (под притиском).
•
Сужава γ-област у фазном дијаграму Fe-
Fe
3
C.
•
Склоност ка стварању сегрегација - Изузетно штетна појава при ливењу челика.
•
Непожељан легирајући елемент.
Заједно са силицијумом у форми силико-калцијума употребљава се у процесу производње при
дезоксидацији челика. У принципу калцијум повећава ватросталност.
Цер (Се)
•
Ттопљења = 775°С
Сам, али најчешће у комбинацији са лантаном, неодијумом, празеодијумом и осталим елементима
који припадају групи метала ретке земље делује као снажан дезоксиданс. Због свог изузетно
великог активитета према кисеонику и сумпору служи као средство за постизање високе чистоће
челика.
Побољшава код високолегираних челика способност обраде на повишеним темпаратурама док код
ватросталних челика потпомаже ватросталност.
Гвожђе-цер-легура са око 70% цера назива се пирофор (вештачки кремен).
Додаје се и као легирајући елемент у нодуларном ливу
Кобалт (Со)
•
Ттопљења = 1.492°С
•
Не ставра карбиде <=> Фаворизује издвајање графита.
Орежава раст зрна, побољшава отпорност у односу на кртост при процесу отпуштања као и
затезну чврстоћу на повишеним темпаратурама. Због тога се користи као легирајући елемент код
брзорезних челика и алатних челика за рад у топлом, као и за производњу других ватросталних и
високо ватросталних легура.
Повећава реманенцију, коерцитивну силу и топлотну проводност, зато се често примењује као
основни легирајући елемент за висококвалитетене сталне магнете (челичне или од других легура).
Под утицајем неутронског зрачења ствара се интензивно изотоп 60Цо, због тога је Кобалт
непожељан као легурајући елемент у матријалима који служе за израду нуклеарних реактора.
Хром (Сr)
•
Ттопљења = 1.920°С.
•
Изражена тежња ка стварању карбида.
•
Снажно сужава γ- а шири α-област у фазном дијаграму Fe-
Fe
3
C.
Хром
као легирајући елемент даје челику способност каљења у уљу, односно на ваздуху, преко
утицаја на критичну брзину каљења, што повећава прокаљивост челика и способност побољшања.
Склоност ка кртом лому се смањује додатком хрома, мада је утицах на способност извлачења
релативно слаб. Способност заваривања (заварљивост) расте са повећањем масеног удела хрома у
легури. Затезна чврстоћа челика расте 80-100 Н/
мм
2
по масеном проценту хрома.
Хром има изузетну склоност ка стварању карбида који даље позитивно утичу на механичке
карактеристика челика (на пр. отпорност на хабање), али негативно утиче на корозиону
постојаност.
