Mašinski materijali

VISOKA TEHNI

Č

KA MAŠINSKA ŠKOLA 

STRUKOVNIH STUDIJA 

Trstenik 

Prof. Dr Radovan Petrovi

ć

Mr Olivera Peši

ć

MAŠINSKI MATERIJALI 

 (Radni materijal) 

Trstenik, 2010. god. 

SADRŽAJ 

1. 

ZNA

Č

AJ I ULOGA MATERIJALA

.................................................................................. 3 

2. 

PODELA TEHNI

Č

KIH MATERIJALA

.............................................................................. 3 

3. 

AGREGATNA STANJA, GRA

Đ

A I SVOJSTVA MATERIJALA

...................................... 4 

4. 

LEGURE

.......................................................................................................................... 4 

4.1. Legura Fe - Fe

3

C ...................................................................................................... 4 

5. 

GLAVNI PROIZVODI METALURGIJE GVOŽ

Đ

A

............................................................ 8 

5.1. 

Č

elik .......................................................................................................................... 9 

5.1.1. Dobijanje 

č

elika ................................................................................................ 10 

5.1.2. Podela 

č

elika .................................................................................................... 10 

5.2. Livena gvož

đ

a......................................................................................................... 15 

5.2.1. Sivi liv ............................................................................................................... 16 
5.2.2. Tvrdi liv ............................................................................................................. 17 
5.2.3. Nodularni liv...................................................................................................... 17 
5.2.4. Temper liv ......................................................................................................... 17 

6. 

TERMI

Č

KA OBRADA 

Č

ELIKA

..................................................................................... 18 

6.1. Žarenje 

č

elika.......................................................................................................... 19 

6.1.1 Žarenje sa faznim promenama.......................................................................... 19 
6.1.2 Žarenje bez faznih promena.............................................................................. 21 

6.2. Kaljenje 

č

elika ......................................................................................................... 22 

6.3. Otpuštanje............................................................................................................... 23 
6.4. Poboljšanje ............................................................................................................. 24 
6.5 Reaustenitizacija...................................................................................................... 24 
6.6 Termohemijska obrada 

č

elika................................................................................... 25 

6.6.1 Cementacija....................................................................................................... 25 
6.6.2. Nitriranje ........................................................................................................... 28 
6.6.3 Karbonitriranje ................................................................................................... 29 

6.7 Sredstva za hla

đ

enje................................................................................................ 30 

6.8. Sulfidizacija .............................................................................................................31 

7. 

KOROZIJA

.................................................................................................................... 31 

7.1. Zaštita metala od korozije ....................................................................................... 34 

7.1.1. Hromiranje........................................................................................................ 34 
7.1.2. Hemijski nikal ................................................................................................... 35 
7.1.3. Cinkovanje........................................................................................................ 35 

7.2. Oksidne prevlake .................................................................................................... 35 

8. 

OBOJENI METALI I LEGURE

...................................................................................... 37 

8.1. Bakar i njegove legure ............................................................................................ 37 

8.1.1 Dobijanje bakra.................................................................................................. 37 
8.1.2 Legure bakra ..................................................................................................... 37 

8.2 Aluminijum i njegove legure ..................................................................................... 39 

8.2.1 Dobijanje Al. ...................................................................................................... 39 
8.2.2. Legure aluminijuma .......................................................................................... 39 

8.3. Cink i njegove legure............................................................................................... 40 

9. 

VRSTE NAPREZANJA I ISPITIVANJE METALA I LEGURA

....................................... 40 

10. 

NEMETALNI MATERIJALI

.......................................................................................... 44 

10.1 Polimerni materijali................................................................................................. 44 

10.1.1 Prerada termoplasta ........................................................................................ 44 
10.1.2 Elastomeri (gume

)

........................................................................................... 46 

10.2. Kerami

č

ki materijali ............................................................................................... 47 

10.3 Drvo ....................................................................................................................... 47 
10.4 Kompozitni materijali .............................................................................................. 47 
10.5 Maziva i ulja ........................................................................................................... 48 

    Literatura

4

3. AGREGATNA STANJA, GRA

Đ

A I SVOJSTVA MATERIJALA 

 
Agregatna stanja materijala mogu biti: 

č

vrsto, te

č

no i gasovito stanje. 

Dovo

đ

enjem ili odvo

đ

enjem toplote su mogu

ć

i prelazi iz jednog agregatnog stanja u drugo. Tako imamo:  

Kondenzacija–prelazak iz gasovitog u te

č

no agregatno stanje 

Kristalizacija–prelazak iz te

č

nog ili gasovitog u 

č

vrsto agregatno stanje 

Topljenje–prelazak iz 

č

vrstog u te

č

no agregatno stanje 

Isparavanje–prelazak iz te

č

nog u gasovito agregatno stanje 

Sublimacija–prelazak iz 

č

vrstog u gasovito agregatno stanje 

Resublimacija–prelazak iz gasovitog u 

č

vrsto agregatno stanje 

elementi. 

Sl.1. Šematski prikaz gra

đ

e atoma 

Struktura i hemijski sastav uti

č

u na svojstva metalnih materijala. Struktura 

č

vrstih materijala zavisi od: 

A) Vrste veza izme

đ

u strukturnih jedinica.  

 (Strukturne jedinice su: atomi.joni, molekuli i makro molekuli. .) 
B) Slaganja strukturnih jedinica 
 - Kristalna struktura: npr: metali, legure, keramika.. 
 - Amorfna struktura: npr: staklo 
 - Kombinacija kristalne i amorfne strukture: npr: polimeri 
Svojstva (osobine) materijala su: 
A)  Hemijska svojstva - odre

đ

uju hemijski sastav materijala, afinitet, otpornost prema koroziji...  

B) Fizi

č

ka

svojstva - mogu da se mere, odre

đ

uju bez razaranja i promene materijala (gustina materijala, 

temperatura topljenja ili kristalizacije, elektri

č

na i toplotna provodljivost, koeficijent toplotnog širenja, 

specifi

č

na toplota, magnetna svojstva...)  

C) Mehani

č

ka svojstva - odre

đ

uju se ispitivanjem (

č

vrsto

ć

a, tvrdo

ć

a, elasti

č

nost, žilavost,..)  

D) Tehnološka

svojstva - sposobnost livenja, deformisanja, zavarivanja, lemljenja, termi

č

ke obrade i obrade 

rezanjem.  

Svojstva materijala zavise od: hemijskih i fizi

č

kih svojstava elemenata i vrste hemijskih veza izme

đ

u atoma; 

rasporeda atoma i molekula; mogu

ć

ih grešaka koje se pojavljuju u gra

đ

i materijala.  

4. LEGURE 

Pod legurama podrazumevamo dva ili više elemenata slivenih u jedan materijal.

 Postoje i drugi na

č

ini 

dobijanja legura: sinterovanje, pe

č

enje, elektroliza itd., ali je naj

č

eš

ć

i i najstariji slivanje. Legure su smeše 

bar jednog metala i nekog ili nekih drugih elemenata koji mogu biti metali i nemetali. (Uslov: rastvorljivost u 
rastopljenom stanju) 
Svaka prava legura ima svojstva metala.  

4.1. Legura Fe - Fe

3

C 

U Fe - Fe

3

C dijagramu razlikujemo slede

ć

e faze  

Ferit 

predstavlja 

č

vrsti rastvor ugljenika u 

α

gvož

đ

u. Ima zapreminski centriranu kubnu rešetku i maksimalnu 

rastvorljivost ugljenika 0,02 % na 721 

0

C. (

α

)

Austenit 

je 

č

vrsti rastvor ugljenika u 

γ

 gvož

đ

u. Ima površinski centriranu kubnu rešetku i maksimalnu 

rastvorljivost ugljenika 2,1 % na 1145 

0

C. (

γ

) 

Cementit 

je hemijsko jedinjenje gvož

đ

a i ugljenika sa 6,67 %C. 

Perlit 

je fina lamelarna mešavina ferita i cementita koja nastaje eutektoidnom transformacijom austenita koji 

sadrži 0,8%C. (P) 

Ledeburit je 

eutektikum koji je sastavljen od austenita i cementita (L). 

Koli

č

ina pojedinih faza, odnosno procentualni udeo, odre

đ

uje se pravilom poluge u 

zavisnosti od procenta ugljenika koji iste sadrže. 
Gvož

đ

e ima svojstvo 

polimorfije

 (alotropije) – u 

č

vrstom stanju se javlja u dve alotropske modifikacije: 

prostorno (

α

, 

δ

) i površinski (

γ

) centrirane kubne rešetke. 

5

Slika 2. Polimorfija gvož

đ

a 

Slika 3. 

Dijagram stanja gvož

đ

e - gvož

đ

e karbid 

Likvidus linija

 –

 ABCD

 predstavlja granicu izme

đ

u rastopa i po

č

etka o

č

vrš

ć

avanja, tj. dvofaznog podru

č

ja . 

Solidus linija

 - 

AIJECF

 je linija koja razdvaja dvofazvo podru

č

je od 

č

vrstog stanja i 

predstavlja kraj o

č

vrš

ć

avanja legure. Izme

đ

u likvidus i solidus linije legura se nalazi u 

testastom stanju (heterogenog sistema koji 

č

ine te

č

no stanje i kristali u promenljivom 

odnosu). 

Solvus linije

 – 

PQ i SE

 su linije rastvorljivosti ugljenika u gvož

đ

u, tako da se snižavanjem temperature 

rastvorljivost ugljenika smanjuje, a ugljenik iz 

č

vrstog rastvora izlu

č

uje. 

Eutekti

č

ka linija

 – 

ECF

č

esto se naziva i eutekti

č

ka horizontala i predstavlja jednu od osnovnih linija u 

livarstvu. 

Eutektoidna linija

 – 

PSK

 naziva se 

č

esto eutektoidnom horizontalom i predstavlja temperaturu ispod koje 

strukturna faza austenit ne figuriše. U praksi se naziva još i 
linijom austenitizacije. 

A) Eutektoidna transformacija 

Na eutektoidnoj temperaturi 721

0

C kristali austenita sa sadržajem 0,8% ugljenika, 

razlažu se na kristale 

α

 - 

č

vrstog rastvora ferita sa 0,02% ugljenika i cementit sa 

6,67% ugljenika prema reakciji: 

7

Slika 6.

 Obrazovanje 

strukture nadeutektoidnog

č

elika: svetlo-ferit; tamno-perlit

B) Eutekti

č

ka transformacija 

Hla

đ

enjem legura železo – ugljenik sa sadržajem 4,3%C iz rastopa, nastaje eutektikum, fina mehani

č

ka 

mešavina austenita i primarnog cementita nazvana ledeburit prema reakciji: 

Ledeburit se odlikuje veoma velikom tvrdo

ć

om i krtoš

ć

u. Vidi se da je najniža temperatura do koje egzistira 

rastop eutekti

č

ka ta

č

ka, a legura se ponaša kao 

č

ist metal, na konstantnoj temperaturi. 

Slika 7. Eutekti

č

ka transformacija 

Na osnovu eutekti

č

ke ta

č

ke C, liveno gvož

đ

e se deli na: eutekti

č

ko (4,3%C), podeutekti

č

ko (2,1 – 4,3%C) i 

nadeutekti

č

ko (iznad 4,3%C). 

U podeutekti

č

kim legurama u strukturi, pored ledeburita, javlja se perlit i sekundarni cementit, dok se u 

nadeutekti

č

kim pored ledeburita javlja primarni cementit sa višim temperaturama. 

Cementit 

se razlikuje samo po temperaturi nastanka: 

-

 primarni

 nastaje iznad eutekti

č

ke temperature izdvajanjem iz rastopa kod 

nadeutekti

č

kih legura, 

- 

sekundarn

i nastaje izlu

č

ivanjem C iz austenita usled smanjenja rastvorljivosti sa snižavanjem temperature 

koji reaguje sa atomima železa i javlja se kod nadeutektoidnih 

č

elika i podeutekti

č

kih livenih gvož

đ

a, dok  

- 

tercijarn

i nastaje kod podeutektoidnih 

č

elika usled pada rastvorljivosti ugljenika u feritu, na temperaturama 

ispod eutektoidne.