Fizičke i tehnološke osobine metala

Maturski, maturalni, seminarski, diplomski i master radovi iz materijala.

Materijali se sastoje od atoma, molekula (najsitniji delići materije) međusobno povezanih hemijskim vezama (primarnim i sekundarnim). Svojstva materijala zavise od: hemijskih i fizičkih svojstava elemenata i vrste hemijskih veza između atoma; rasporeda atoma i molekula; mogućih grešaka koje se pojavljuju u građi materijala.
Predmet ovog rada biće materijali. Kao teze rada biće obrađene:
- fizičke i tehnološke osobine metala,
- čelici i gvožđe i
- tvrdoća i mekoća materijala.

Materijali
Fizičke i tehnološke osobine metala

Sve osobine metala se mogu podeliti u sledeće grupe:
- fizičke,
- hemijske,
- mehaničke,
- tehnološke i
- ostale.
U fizičke osobine metala spadaju: spoljašnji izgled, struktura i specifična težina. Fizička svojstva - mogu da se mere, određuju bez razaranja i promene materijala (gustina, temperatura topljenja ili kristalizacije, specifična toplota, magnetna svojstva...)
Spoljašnji izgled se karakteriše bojom, sjajem i oblikom.
Metali su džinovske strukture atoma koje se drže metalnim vezama. Broj uključenih atoma je promenljiv, zavisi od veličine delova metala.
Tehnološka svojstva metala obuhvataju:
- obradivost livenjem, metali koji se koriste za livenje, imaju dobru livkost (to svojstvo garantuje dobijanje kvalitetnog odlivka), a zavisi od tečljivosti, skupljanja pri hlađenju, sklonosti ka pojavi unutrašnjih napona, itd.;
- obradivost plastičnim deformisanjem - svojstvo metalnih materijala da pod dejstvo spoljašnjih sila (u hladnom ili toplom stanju), može da menja oblik i dimenzije kovanjem, valjanjem, izvlačenjem, presovanjem itd. a da se materijal pod tim pritiscima ne drobi;
- svojstvo lemljenja i zavarivanja - svojstvo metalnih materijla da se isti ili različiti materijali mogu spojiti u nerazdvojivu vezu; i
- termička obradivost metalnih materijala - svojstvo materijala da sa promenom temperature menja strukturu tj.unutrašnju građu i osobine.

Čelik i gvožđe

Čelik predstavlja deformabilnu leguru gvožđa sa ugljenikom, i neizbežnim primesama mangana, silicijuma, sumpora, fosfora i drugih elemenata.
Uobičajene vrste čelika koje se koriste na primer u mašinogradnji sadrže 0,05 do 1,5% ugljenika. Osnovne metode za dobijanje čelika su sledeće: u Martinovim ili električnim pećima, a takođe u Besemerovim ili Tomasovim konvertorima.
Broj primesa koje ulaze u sastav čelika čak i u brižljivo pripremljenm njegovim vrstama, veoma je velik. Čak u tzv. najčistijem, gvožđu izlivenom u vakuumu otkriveno je do 27 elemenata. Osnovni element metalne legure u odnosu na koji su svi ostali elementi primese – je element čija atomska rešetka određuje kristalnu strukturu cele legure. Dok god je sadržaj različitih elemenata u čeliku takav da se kristalografska struktura cele legure određuje po kristalografskoj rešetki gvožđa, dotle se legura naziva čelikom. Glavna primesa u čeliku koja određuje njegova osnovna svojstva je ugljenik.
Čelici mogu da se podele:
- po hemijskom sastavu,
- po mikrostrukturi,
- po načinu proizvodnje i
- po primeni.
Po hemijskom sastavu čelik se deli na ugljenični (konstrukcioni i alatni) i legirani (niskolegirani i visokolegirani).
Po mikrostrukturi razlikuju se:
- perlitna klasa – čelik posle normalizovanja ima strukturu perlita;
- martenzitna klasa – čelik sa sniženom kritičnom brzinom hlađenja, koji posle hlađenja na vazduhu ima martenzitnu strukturu;
- austenitna klasa – čelik u kome se pod uticajem elemenata za legiranje tačka polimorfne transformacije čvrstog rastvora na bazi gvožđa u čvrst rastvor na bazi gvožđa nalazi ispod sobne temperature; posle normalizovanja, struktura tzv. čelika se sastoji obično od austenita ili austenita i karbida;
- feritna klasa – čelik legiran elementima koji smanjuju i zatvaraju na dijagramu stanja oblast čvrstog rastvora na bazi modifikacije gvožđa:
- karbidna klasa – čelik sa visokim sadržajem ugljenika i elemenata koji stvaraju karbide.
Prema načinu proizvodnje razlikuju se:
- čelik običnog kvaliteta,
- kvalitetni čelik i
- visokokvalitetni čelik.
Čelik obinog kvaliteta je ugljenični čelik sa sadržajem ugljenika obično ne više od 0,6%.
Kvaliteni čelik je ugljenični ili legirani čelik koji se dobija u bazičnim Martinovim pećima sa strožijim zahtevima u pogledu sastava šarže koja se ubacuje u peć i u pogledu livenja. Sadržaj sumpora ne sme da bude veći od 0,04% svakog od ovih elemenata. Količina nemetalnih primesa je manja nego u čeliku običnog kvaliteta.
Visokokvalitetni čelik – ugljenični ili legirani, najčešće je složenog hemijskog sastava. Takav čelik dobija se u električnim ili kiselim Martinovim pećima malog kapaciteta. Za visokokvaliteni čelik postoje uže granice sadržaja elemenata.
Po primeni razlikuju se:
- klasa I - građevinski čelik,
- klasa II – čelik za mašinogradnju,
- klasa III – alatni čelik,
- klasa IV – čelik sa posebnim fizičkim svojstvima.