1. Što je to decementacijsko žarenje? Kojie podvrste Fe-ljevova se time dobivaju? Decementacijsko žarenje je postupak mjenjanja svojstva kod temper lijevova. Pošto su odljevci bjelog tvrdog lijeva krhki i tvrdi, moraju se podvrgnuti decementacijskom žarenju kako bi se dobila niža tvrdoća, veća žilavost i kovkost i bolja obradivost. Ovisno o atmosferi u kojoj se provodi žarenje dobiva se crni temper lijev i bijeli temper lijev. 2. Opišite utjecaj sadržaja ugljika na osnovna svojstva nelegiranih čelika. Porastom % C kod nelegiranih čelika <0,8%C raste tvrdoća, granica razvlačenja, i vlačna čvrstoća, ali se smanjuje istezljivost, kontrakcija i udarni rad loma. Razlog tomu je povišenje udjela tvrdog i krhkog Fe3C, s povišenjem masenog udjela C. Kod nadeutoktoidnih čelika >0,8%C čvrstoća opada jer je povišen udio Fe3C’’ koji se mrežasto izlučuje po granicama zrna. Porastom %C opada sposobnost za plastičnu deformaciju i zavarljivost, a raste zakaljivost. Većina konstrikcijskih čelika sadrži <0.6 %C. 3. Koje je osnovno traženo svojstvo čelika za rad pri niskim temperaturama? Koja skupina čelika i zašto ima to svojstvo vrlo dobro zadržano i do najnižih temperatura? Osnovno traženo svojstvo čelika za rad pri niskim temperaturama je dovoljna žilavost tj. neosjetljivost na krhki lom „hladno žilav čelik“. To su niskolegirni sitnozrnati čelici, čelici legirani s Ni (1.5... 9%) za poboljšanje (od -85.... -200°C) i Cr-Ni i Cr-Ni-N (Nb, Ti), Cr-NiMo-N i Cr-Mn-Ni-N austenitni čelici ( do -270°C). Čelici moraju imati posebno podešen kemijski sastav i mikrostrukturu u odnosu na obične konstrukcijske čelike. Kod svih navedenih čelika maseni udio ugljka treba biti što manji jer se na taj način ostvaruje niža prijelazna temperatura.
4. Navedite strukturu općeg konstrukcijskog čelika za nosive konstrukcije i osnovna svojstva? Struktura općeg konstrukcijskog čelika za nosive konstrukcije je feritno-perlitna što znači da će zrno biti sitnije ako je čelik nakon toplog oblikovanja normaliziran. Osnovna svojstva su im ta da imaju <2%C, zavarljivost i hladna deformacija. 5. Koji je osnovni kriterij za odabir vrste čelika unutar skupine čelika za poboljšavanje? Osnovni preduvjet za odabir čelika unutar skupine čelika za poboljšavanje je prokaljenost. Na prokaljenost utječu tri skupine svojstava: 1. prokaljivost primjene vrste čelika 2. dimenzje tijela 3. uvjeti gašenja.
6. Navedite osnovne razlike u svojstvima između feritnih i martenzitnih čelika? Koja je sličnost a koja osnovna razlika u kemijskom sastavu? Feritni čelici su relativno mekani, magnetični, relativno slabo zavarljivi, slabo blikovljivi deformiranjem, skloni lomljivosti pri niskim temp. Martenzitni čelici imaju višu tvrdoću i čvrstoću, otpornost na trošenje u odnosu na feritni. Poboljšavanja = kaljenje + visoko popuštanje Feritni imaju <0,1%C i 13....17%Cr, a martenzitni (0,15...1,0%C) te >13 % Cr. 7. Navedite razlike u svojstvima između feritnog i perlitnog žilavog lijeva. Kod kojeg od njih prevladava stabilna kristalizacija? Crni feritni lijev ima sivi prijelom od grafita, žarenjem u neutralnoj atmosferi, teško se zavaruje ali se dobro lemi, može se površinski zakaliti čime se povećava tvrdoća i otpornost na trošenje, bijeli perlitni lijev svjetliji prijelom od ferlita i perlita. 8. Koje su osnovne razlike u svojstvima općih konstrukcijskih čelika za nosive konstrukcije i čelika za strojogradnju. Imaju li iste mikrostrukturne konstituente? Čelici za strojogradnju imaju lošiju zavarljivost zbog masenog udjela C, više su čvrstoće, niže istezljivosti, veća otpornost na trošenje, nisu namjenjeni kaljenju. Nema iste
mikrostrukture. Čelici za nosive konstrukcije imaju <0,2%C, a čelici za strojogradnju 0,3 do 0,5%C. 9. Navedite načine povištenja mehaničke otpornosti čelika za rad pri povišenim temperaturama. Čelici trebaju po mogućnosti sadržavati u kristalu mješancu elemente koji pokretljivost atoma npr. Co i Mo, čelici se legiraju (Cr,Mo,W,V,Ti) koji tvore teško trošive stabilne spojeve – karbide, nitride i intermetalne faze koji u obliku sitno disperziranih čestica otežavaju gibanje dislokacija. Austenitna mikrostruktura s gusto složenom FCC rešetkom daje manju pokretljivost atoma nego feritna (BCC) pa je veći otpor sklizanja atoma i otežan proces difuzije, krupnije zrno-manje graničnih površina.
10. Objasnite razlike u strukturi i svojstvima između sivog i žilavog (nodilarnog) lijeva. Sivi lijev je krhak, veći dio C se odvaja u obliku listića, a manji dio u cementitu tako da je prijelom presjeka sive boje. Kemijski sastav: - 3.5-4.5.%C - 0.3-1,2%Mn, - 1,4%Si, - 0,4-1,5%P, - <0,1%S. Nodularni lijev ima bolja svojstva od sivog lijeva, ali slabija od čeličnog lijeva. Visoka dinamička izdržljivost i vlačna čvrstoća, visok modul elastičnosti, može se zavarivati, dobra ležišna svojstva, dobro se obrađuje odvajanjem čestica. Kemijski sastav: - 3,2-3,8%C, - 2,4-2,8%Si,
11. Koje su razlike u svojstvima između čelika za cementiranje i čelika za poboljšavanje. Koje svojstvo čelika određuje postizanje mehaničkih svojstava u jezgri dijela? Čelici za cementiranje (<0,35%C), primjenjuju se za one dijelove koji u radu moraju istovremeno biti otporni na trošenje i podnositi dinamička opterećenja (jezgra dijela), za veće dimenzije radi potrebe za što potpunijim prokaljivanjem dolaze u obzir jače legirani čelici (bolje prokaljivi). Čelici za poboljšavanje (0,2-0.6%C), podvrgavaju postupku poboljšavanja u cilju postizanja visokih granica razvlačenja i vlačne čvrstoće, uz visoku žilavost i dinamičku izdržljivost. Kako je otpornost na trošenje cementiranog sloja približno jednaka za sve čelike (maksimalna tvrdoća) to su izbor čelika odlučujuća mehanička svojstva jezgre. 12. Navedite skupine čelika za rad pri povišenim i visokim temperaturama. Koji se čelici primjenjuju za najviše radne temperature i zašto? Za rad pri povišenim i visokim temperaturama jesu ove skupine čelika: a. ugljični (nelegirani) čelici, b. niskolegirani čelici, c. visokolegirani čelici, d. austenitni čelici. Za rad pri najvišim temperaturama koriste se austenitni čelici jer imaju povišenu mehaničku otpornost pri visokim temperaturama, otporni su na puzanja i kemijski su postojani. Legiraju se s Cr, Mo, W, T, Ti. 13. Koja faza u mikrostrukturi prevladava kod općih konstrukcijskih čelika za nosive konstrukcije i koje tehnološko svojstvo je zbog toga dobro? Faze općeg konstrukcijskog čelika za nosive konstrukcije: P+F αid + Fe3Cid + α' Prevladava feritno-perlitna struktura. Opći konstrukcijski čelici imaju vrlo dobru hladnu oblikovljivost (zbog strukture) i zavarljivost. Kemijski sastav im nije propisan, ali su im zajamčena mehanička svojstva.
14. Zašto mehanička svojstva čelika za poboljšavanje ovise o dimenzijama? Koje vrste se primjenjuju za veće dimenzije i viša opterećenja? Mehanička svojstva čelika za poboljšavanje ovise o dimenzijama jer je bitan kriterij pri prokaljivosti. Što su dimenzije veće, prokaljenost određenog dijela je manja. To direktno utječe na mehanička svojstva dijela. Poboljšavanje = kaljenje + visokotemperaturno popuštanje Prokaljivost čelika ovisi o %C i legiranju, što je čelik većeg %C i što je više legiran, to je bolje prokaljiv. Prokaljivost se odnosi na cijeli izradak. Što su veće dimenzije i blaži uvijeti hlađenja možemo očekivati slabiju prokaljenost. Za velike dimenzije treba birati više legirane čelike.
15. Koje je istaknuto svojstvo vatrootpornih čelika i kako se ono postiže? Navedi moguće vrste mikrostruktura. To je otpornost na intenzivnu oksidaciju. Postojani su pri temperaturama >550, u okolini vrućeg zraka, vodene pare, agresivnih plinova, plamena... Takvi čelici legiraju se s Al, Cr, Si koji imaju veći afinitet prema kisiku i tako se stvaraju kompaktni oksidi koji sprečavaju oksidaciju. Kod nelegiranih čelika na površini se stvaraju slojevi oksida željeza FeO, Fe 3O4, ovi oksidi nisu dovoljno kompaktni da bi sprječili daljnju difuziju kisika i porast debljine sloja, pa dolazi do ljuštenja i stvaranja novih oksida. Otpornost puzanju Rp1 za 1000 h. Mikrostruktura: nesmiju imati mikrostrukturnih pretvorbi kod kojih bi došlo do promjene volumena, zato su feritne (legirani s Cr, Si, Al) ili austenitne (Ni, Ti) strukture.
16. Navedite primarne zahtjeve za alatne čelike. Objasnite uvjete za ispunjenje najvažnijeg zahtjeva. Otpornost na trošenje, žilavost i otpornost na popuštanje. Trošenje izaziva zatupljivanje oštrice reznog alata. Otpornost na abrazijsko trošenje traži se martenzitna mikrostruktura i što više karbida. Zbog toga svi alatni čelici imaju nadeutektoidni (M+K''+Az) ili podeutektički (M+K''+Ke +Az) sastav. Otpornost na adhezijsko trošenje dolazi do naljepljivanja obrađivanog materijala na radnu plohu alata 17. Navedite razlike u sastavu, strukturi i tehnološkim svojstvima između monofaznih i dvofaznih kositrenih bronci. α-faza je čvrsta otopina, žilava i duktilna, pa je lako hladno oblikovljiva deformiranjem ρ-faza je intermetalni spoj, tvrda i krhka. Može nestati produljenim žarenjem na 700 °C. Zbog toga (α+ρ)-bronce, prilično krhko -
lijevane se koriste za izradu kliznih ležaja imaju eutektički sastav M+K''+Ke+Az Crveni lijev – crvena boja od izlučivanja fosfora. Gnječenjem oblikovane fosforne bronce otpornost na koroziju i manjen faktor trenja.
-
18. Navedite podjelu glavne predstavnike tehničke keramike. - oksidna Al2O3, ZnO2, Al2TiO5 - neoksidna silicijev karbid, silicijev nitrid, borov karbid, aluminijev nitrid, kubični borov nitirid - silikatna porculan 19. Navedite neka bitna svojstva magnezijskih legura. Neka bitna svojstva magnezijevih legura - jake legure (ρMg=1270 kg/m3) - vro dobro prigušuju vibracije - imaju slabu korozijsku postojanost, pa se zaštićuje korozijski postojanim slojem - slaba hladna oblikovljivost, ali dobra rezljivost
-
nizak modul elastičnosti i niska čvrstoća imaju velik afinitet prema O2, N, C mogućnost samozapaljenja kod ljevanja (velika kemijska reaktivnost) mala masa
20. Koja su istaknuta svojstva brzoreznih čelika u zašto? Otpornost na popuštanje, te otpornost na trošenje. Svojstva se postižu legiranjem s elementima koji su jaki karbidotvorci W, V, Mo. Pri povišenim temperaturama tvore stabilne karbide, te dolazi do stvaranja sekundarnog martenzita što ima za posljedicu povećanu tvrdoću pri povišenim temp. 21. Navedite vrste aluminijskih legura za lijevanje prema kemijskom sastavu. Koje su najbolje livljive i zašto? Al-Si Al-Mn Al-Mg Al-Zn Al-Cu Al-Si je najbolje livljiva jers silicij stvara relativno velike kristale zato se prije ljevanja odvija proces cijepljenja. Dodaje se natrij u obliku soli koji omogućava da se više silicija otopi, a cilj je odgađanje nukleacije silicija.
22. Opišite strukturu i svojstva tvrdih metala. Tvrdi metali su metalno-karbidni kompoziti (neoksidna keramika). Metal može biti kobalt koji daje žilavost i duktilnost. Karbdi daju potrebnu čvrstoću i otpornost na trošenje. Svojstva: - visoka temperatura tališta - otpornost na trošenje - dobra električna vodljivost - visok modul elastičnosti - otpornost na puzanje 23. Kako se postiže visoka otpornost na abrazijsko trošenje kod alatnih čelika? Koje je suprotno loše svojstvo? Martenzitnom strukturom sa što većom tvdoćom i što višim udjelom kvalitetnih karbida. Legiraju se sa Cr, Mo, V, W. Alatni čelici koji imaju visoku otpornost na trošenje imaju visoku žilavost. 24. Navedite neka istaknuta svojstva titanovih legura i podjelu prema strukturi. - relativno niska gustoća (4500 kg/m3) - relativno visok E (110 00 N/mm2) - otpornost na umor i puzanje - mala toplinska rastezljivost - postojanost u različitim agresivnim medijiima - visoka cijena - teško obradljiv odvajanjem čestica (žilav) Podjela prema mikrostrukturi: - α-legure - neočvrstiljive toplinskom obradom, dobra žilavost i čvrstoća - stabilizatori; C, O, N, Al, Sn - β-legure - očvrstiljive hladnom deformacijom i toplinskom obradom - visok omjer čvrstoća/gustoća - α+ β-legure - povišenje čvrstoće toplinskom obradom - osjetljiv postupak, pojava krhkosti 25. Koje je povoljno svojstvo eutektoidnog alatnog čelika u odnosu na nadeutektoidni i zašto? Kaljeni eutektoidni čelik ima veću žilavost jer nema slobodnog Fe3C, ali je zbog toga nešto manja tvrdoća.
26. Navedite vrste mejdi prema mikrostrukturi. Što utječe na bolju ili lošiju hladnu deformabilnost? Hladno gnječen α-mjedi Toplo gnječene (α+ β)-mjedi Posebne mjedi Lijevane mjedi Na hladnu deformabilnost utječe udio kristala mješanca. Što je veći udio α kristala mješanca, hladna deformabilnost je bolja. Najbolje su hladno gnječene α-mjedi. β-faza je intermetalni spoj, relativno tvrd, pa se ne da hladno oblikovati. 27. Opišite postupke pri proizvodnji keramičkih dijelova? Što je to sinteriranje? 1. Priprava sirovine (utvrđivanje sastava, mješanje i granuliranje) 2. Oblikovanje sirovca (prešanje (suho, hladno izostatičko i injekcijsko) i lijevanje) 3. Sinteriranje 4. Završna obrada (brušenje, lepanje, honanje, poriranje, elektroerozija) Sinteriranje je obrada praha pod visokim tlakom i temperaturom, tako dolazi do difuzije atoma. Rezultat je postignuće maksimalno moguće gustoće i uporabnih mehaničkih svojstava keramičkog izratka. Brzina difuzije ovisi o temperaturi, adhezijskoj energiji, difuzijskoj konstanti i početnoj veličini čestice praha. 28. Navedite mikrostrukturne konstituente, prije i poslije kaljenja, visokolegiranog alatnog čelika za hladni rad koji ima podeutektički sastav. Koje je osnovno dobro svojstvo rezultat takve mikrostrukture? (αe+Fe3Ce) Fe3C' i Fe3C'' M+K''+Ke+Az Visokolegirani alatni čelik legiran je jakim karbidotvorcima, a najvažniji je Cr: - Cr – 5% - Visokolegirani 12%Cr - M nehrđajući čelik Otpornost na trošenje, visoka tvrdoća, teško obradljiv odvajanjem čestica. 29. Od kojih se kristala sastoji Cu-Sn legura za gnječenje a od kojih legura za lijevanje? Gnječene Cu-Sn sastoje je od α-(kristal mješanac) – hladno oblikovljiv – žilav, <8% Sn Lijevane Cu-Sn se sastoje od σ-faze, krhka, intermetalni spoj iako ima FCC, (α +σ), >9,5%Sn 30. Što je u strukturi Ni-superlegura odgovorno za dobru čvrstoću pri visokim temperaturama? To su višekomponentni sustavi na bazi nikla i kobalta legirani sa Cr, Mo, W, Ti, Al koji održavaju dobru Rm i otpornost na puzanje do 0,7 T1. - očvrsnuće kristalima mješancima uz otapanje legirnih elemenata, Co>16% - precipitacijom intermetalnih spojeva 1. Mo, stvaranjem Mo6C karbida 2. Cr 3. Al i Ti, stvaranjem intermetalnih spojeva Ni3Al, Ni3Ti 31. Kakve su mogućnosti mikrostrukture aluminijevih bronci? Koje je moguće i kako toplinskom obradom očvrsnuti? Mogu se podjeliti u dvije glavne skupine, oblikovljive i livljive legure. Svojstva: sposobnost zadržavanje čvrstoće pri povišenim temperaturama, otpornost na oksidaciju pri povišenim temp., koroziju, troženje, dopadljiva boja 32. Oblici grafita. Koji je napovoljniji za vlačno naprezanje i zašto? Koji je najpovoljniji u uvjetima dinamičkog opterećenja? 1. listićav ili lamelaran – kod sivog lijeva 2. kuglast – kod žilavog lijeva 3. čvorast – kod temper lijeva 4. vermikularan ili crvičast
Za vlačno naprezanje i dinamičko opterećenj najpovoljniji je kuglast jer na rubovima listića dolazi do znatno više koncentracije naprezanja nego oko kuglice, tako listići djeluju kao zarezi u matrijalu i smanjuju otpornost presjeka.
33. Interkristalna korozija i kako se sprječava. Nastaje duž granica kristalita (zrna) čime se izaziva razaranje metalne veze među kristalitima u mikrostrukturi čelika. Ovoj vrsti korozije podložni su austenitni Cr-Ni čelici i feritni Cr čelici. Ukoliko je %C previsok a brzina ohlađivanja premala, stvaraju se i izlučuju Cr-karbidi, te se osiromašuje područje uz granice zrna na kromu. Sprečava se na 2 načina: - Ako je došlo do izlučivanja kromovih karbida po granicama austenitnih zrna, treba ugrijati na 1050..1150 C i gasiti u vodi. Time se karbidi ponovo otapaju u austenitu pa Cr i C nestaju s granica. - Ako se sprečava nastanak predispozicije ili ako se konstrukcija ne može gasiti treba birati tzv. Stabilizirani čelik (čelik s minimalno 18%Cr i min 8%Ni, Ti, Nb, Ta) Oni su jači karbidotvorci od Cr, pa nastaju manje opacni Ti- Nb- Ta- karbidi.
34. Razlika između bijelog i čeličnog lijeva i njihove mikrostrukture. Bijeli lijev – povišeni udio Mn, koji služi kao cementator i pospješuje stvaranje karbida, odn. grafita. Mikrostruktura je metastabilna (P+Fe3C''+Fe3Ce) i mješovito kristalizirana. Svojstva: tvrd, osjetljiv na unutarnja opterećenja, mala istezljivost, otpornost na pritiske i abrazijsko trošenje, teško obradljiv odvajanjem čestica. Čelični lijev – to je zapravo lijevani čelik koji se podvrgava samo obradi odvajanjem čestica, sastoji se od Widmannstattenove feritno-perlitne strukture (50%F i 50%F) koja daje nisku istezljivost i žilavost.. Da bi se dobila mikrostruktura slična čeličnoj, lijev se najčešće podvrgava toplinskoj obradi normalizacije pri čemu dolazi do lijevane mikrostrukture i izjednačenja veličine zrna. Svojstva: povišena žilavost i vlačna čvrstoća, mehanička otpornost na povišenim temperaturama, otpornost na udarno trošenje, opću koroziju, djelovanje agresivnih medija i vatrootpornost.
35. Što se legira gamagenim elementima? 36. Korozija Korozija je spontano razaranje materijala pod djelovanjem okolnog medija (plina, kapljevine ili krutih agrsivnih čestica), tako dolazi do kemijskih reakcija, a pretežno oksidacije. Opća korozija – najčešći oblik korozije, najmanje opasan, a nastupa jednolično po cijeloj površini nekog dijela. Zaštita: dodatak Cu, lakiranje ili plastificiranje, glavansko prevlačenje. Mjestimična korozija: • Točkasta ili jamičasta • Kontaktna • Interkristalna • Napetosna • Korozija u procjepu i sl. Korozijska postojanost je svojstvo otpornosti materijala na djelovanje okolnog medija.
37. Čelici za opruge. Nakon rasterećenja, elastični povrat. Zahtjevi: - visoka granica tečenja ili granica elastičnosti - sigurnost od krhkog loma - dovoljnu rezervu elastičnosti - visoku dinamičku izdržljivost - otpornost na udarno opterećenj poboljšavanje = kaljenje + srednje temp. popuštanje ili izotermičko poboljšavanje hladno deformiranje – niže vrijednosti mehaničkih svojstava
patentiranje – kombinacija izotermičkog poboljšavanja i hladne deformacije 38. Koja svojstva imaju sitnozrnati normalizirani čelici? Povišena čvrstoća , sklonost zakaljivanju kod zavarivanja, nisu osjetljivi na krhki lom, dobra zavarljivost 39. Opisite postupak precipitacije. Može li tako očvrsnuti legura Al-Si? 40. Po čemu se razlikuje kemijski sastav i koje su razlike u mehaničkim svojstvima izmedu feritnog i martenzitnog nehrdajućeg čelika. 41. Definirajte uz pomoć dijagrama svojstvo alatnih čelika za topli rad. Osnovno svojstvo alatnih čelika ta topli rad je otpornost na popuštanje. 42. Koji su uvjeti precipitacijskog očvršćivanja aluminijskih legura (skica dijagrama stanja)? Jedna faza mora u polaznom stanju biti intermetalni spoj. Legura mora biti iz heterogenog područja. Udio stranih atoma otopljenih u kristalima mješancima mora biti maksimalan.
43. Skicirajte dijagram popuštanja nelegiranog alatnog čelika za hladni rad i brzoreznog čelika. 44. Skicirajte dijagram "naprezanje-istezanje" opceg konstrukcijskog celika i celika povišene cvrstoce
