***Gustina je po definiciji odnos mase i zapremine nekog tela.

U ovoj formuli ρ (ro) označava gustinu, m označava masu tela, a V njegovu zapreminu.

Dimenzije gustine su M L-3 a SI jedinica: kilogram po kubnom metru - kg/m3).

***U mehanička svojstva materijala spadaju:

1. Čvrstoća je otpornost koji materijal pruža kada na njega delujemo spoljašnjim

silama.

2. Tvrdoća je otpor koji materijal pruža kada na njega delujemo nekim tvrđim

materijalom.

3. Elastičnost je sposobnost materijala da se pri dejstvu spoljašnjih sila, materijal

istegne, a posle prestanka dejstva spoljašnjih sila vrati u prvobitan oblik. Ukoliko se pređe

granica elastičnosti, onda materijal, posle prestanka dejstva spoljašnjih sila, ne vraća se u

prvobitan položaj.

4. Krtost je svojstvo materijala da pri češćem savijanju ili dejstvu spoljašnjih sila,

dođe do pucanja materijala. U koliko ne dđe do pucanja materijala, kažemo da je materijal žilav.

5. Zamor materijala je takva osobina materijala koji se ispoljava u tome što se

materijal više puta odupire dejstvu spoljašnjih sila, a u jednom momentu i pri dejstvu manje sile

dolazi do promena na materijalu.

***Temičke obrade: Pod termičkom obradom se podrazumeva termički (termalni)

tretman metalnog materijala (legure) u cilju postizanja željenih mehaničkih osobina. Termička

obrada se izvodi u oblasti temperatura na kojima se materijal nalazi u čvrstom stanju. Termička

obrada materijala se vrši u posebnim pećima koje mogu biti: 1)komorne; 2)tunelske; 3)jamske.

Nakon zagrevanja u tim pećima vrši se kontrolisano hlađenje. Sredstva za rashlađivanje mogu

biti: 1)kade sa vodom; 2)kade sa uljem; 3)kade sa olovom.

Kod čelika na primer postoje sledeći tipovi termičke obrade:

1. Žarenje (difuziono, normalizaciono, meko, potpuno,

rekristalizaciono, za otklanjanje napona);

2. Kaljenje (zapreminsko ili potpuno, površinsko)

3. Otpuštanje (nisko, srednje, visoko).

1

Žarenje predstavlja zagrevanje metalnog komada na određenu temperaturu, držanje na

toj temperaturi i kontrolisano hlađenje na sobnu temperaturu sa svrhom poboljšanja njegovih

mehaničkih, fizičkih ili tehnoloških osobina.

Kaljenje je proces koji pripada termičkoj obradi čelika, a karakteriše ga hlađenje sa

povišenih temperatura (najčešće iz austenitne oblasti) brže od kritične brzine hlađenja koja

odgovara određenoj mikrostrukturi. Kaljenje i visoko otpuštanje zajedno se nazivaju

poboljšanje.

Otpuštanje: Martenzit je suviše krt da bi se čelični delovi sa takvom strukturom mogli

uspešno primeniti u mašinstvu. Naknadno zagrevanje do ispod kritične temperature, držanja

kraće vreme na toj temperaturi i zatim laganog hladjenja (na primer, na mirnom vazduhu), naziva

se otpuštanje.

***Metastabilni dijagram stanja Fe-Fe3C.

***Dobijanje čelika: Čelici se dobijaju rafinacijom (prečišćavanjem) belog sirovog

gvožđa od sumpora i fosfora i dodavanjem legirajućih elemenata. Ovo prečišćavanje se vrši na

taj način što se belom livenom gvožđu dodaju elementi koji stupaju u hemijsku reakciju sa

sumporom i fosforom izvlačeći ih mase belog livenog gvožđa. Ovaj proces se vrši u specijalnim

pećima.

2

Proizvodnja čelika se svodi na primenu jedne od sledećih metoda

1. Konvetorska metoda (Basemerova i Tomasova peć)

2. Simens-Martinova metoda (Simens-Martinova peć)

3. Elektrometoda (električna peć)

Basemerova peć (konvektor) je oblika kruške, napravljene od čeličnih limova obloženih

opekom. Na njoj se nalaze otvori za uduvavanje vazduha kao i oslonci peći poću kojih je moguće

rotirati peć u odgovarajuću poziciju. Proces proizvodnje se odvija tako što se peć puni

rastopljenim belim sirovim gvožđem, a zatim se postavlja u vertikalni položaj pri čemu se

uduvava vazduh. Ovim se omogućava kiseoniku iz vazduha da stupa u hemijske reakcije sa

ostalim elementima i time pospeše njihovo sagorevanje. Produkti sagorevanja (gasovi i šljaka) se

izbacuju strujom vazduha. Opeka je silikatna i uspešno izdvaja višak silicijuma, vezujući ih za

sebe.

Proces proizvodnje je buran i traje relativno kratko (do 20min) bez kontrole sirovinskog

sastava. Ukoliko se procesom sagori ugljenik, potrebno ga je naknadno dodati. Kapacitet je

relativno malo pa nije najpogodniji za veće količine čelika.

Proizvodnja čelika u Simens-Martinovim pećima: U peć se ubacuje belo sirovo gvožđe, staro

gvožđe (čelici), pa čak i manja količina rude gvožđa. Peć se puni droz otvor. Gorivo je gas koji

se dovodi u topilište. Istovremeno se dovodi i vazduh kroz druge otvore čime će se gorivo

sagorevati. Posle paljenja u peći je moguće ostvariti temperaturu od 1800C koja, pored

topljenja, odstranjuje sve štetne elemente. Kiseonik iz vazduha stupa u hemijsku vezu sa ostalim

elementima čime se vrši prečišćavanja. Temperatura izduvnih gasova je oko 1300C i kasnije se

u toku proizvodnje koriste za zagrevanje svežeg vazduha.

Za razliku od drugih peći, ovde je moguća primena otpadnog gvožđa i rude istovremeno.

Zbog dužine procesa (od 4 do 6 sati) moguća je kontrola sastava čelika. Kapacitet peći je oko

150 tona.

Proizvodnja čelika u elektropećima: U ovom postupku proizvodnje čelika, koriste se

elektrolučne i indukcione peći. Temperatura električnog luka je veoma visoka (čak i do 4000C)

što omogućava povećanje temperature u peći i topljenje sirovine i istovremeno prečišćavanje.

Sirovina je ista kao kod SM peći (sirovo gvožđe, ruda, staro gvožđe, topitelj)

***Vrste čelika: Po DIN EN 10020 postoje samo dve Glavne klase čelika (nas JUS je u

stvari srećom samo bio preveden DIN):

Kvalitetni čelici (QS)

Specijalni (plemeniti) čelici (SS)

3

Danas je registrovano negde oko 2500 različitih vrsta čelika.Dalje grupiranje na podgrupe

vrši se prema legurajućim elementima, mikrostrukturi, ili mehaničkim osobinama.

Prema sadržaju legirajućih elemenate čelici se dele na:

1. Nelegirani čelici: Nelegirani čelici se dele na one koji su predviđeni za termičku

obradu i one koji to nisu.

2. Niskolegirani čelici: Kao niskolegirani čelici tretiraju se oni čelici sa ukupnim

masenim udelom legirajućih elemenata ne manjim od 1%, ali ne većim od 5%. Ovi čelici

posduju poboljšane mehaničke osobine u odnosu na nelegirane čelike.

3. Visoko legirani čelici: Kao visoko legirani čelik tretira se čelik koji sadrži više

od 5% legirajućih elemenata. Ovi čelici poseduju izuzetne osobine u zavisnosti koja kombinacija

legirajućih elemenata je primenjena. Tipičan primer je nerđajići čelik, koji svoju optpornost na

koroziju duguje u prvom redu Hromu.

***Legure aluminijuma: Aluminijum vrlo je podesan za plastično oblikovanje (jer ima

dobru istezljivost), ali ima slaba mehanička svojstva. Mehanička svojstva se mogu značajno

povećati legirajućim elementima tvoreći tako legure aluminijuma. Legure aluminijuma

obuhvataju vrste sa najmanje 87% aluminijuma i dodatkom lakih i teških metala.Odlikuju se

malom masom, znatnom čvrstoćom i tvrdoćom, a pojedine vrste znatnom otpornošću prema

koroziji. Osnovni legirajući elementi su bakar (4,4%) , magnezij (1,5%) , mangan (0,6%) kod

legure duraluminijuma, silicij (4- 22%) kod legure silumina , a dodaju se aluminijumu zbog

smanjenja atmosferske korozije.

Za legiranje aluminijuma se najčešće koriste:

• bakar (Cu), Dodatkom bakra aluminijumu se naglo povećava zatezna čvrstoća, a

smanjuje električna provodljivost

• magnezijum (Mg),

• mangan (Mn) , Mangan i magnezijum djeluju povoljno na povećanje zatezne čvrstoće,

mada ne tako kao bakar, i znatno povećavaju korozivnu otpornost aluminijumovih legura

• cink (Zn) i

• silicijum (Si). Silicijum mu znatno povećava istegljivost i livkost

U zavisnosti od legurnog elementa izrađujemo sledeće legure bakra kao i odlivke od istih:

***Legure bakra:

1. Legure bakra sa kalajem ili kalajne bronze ili fosforne bronze (ako legura sadrži

više od 0.05% fosfora).

4

2. Legure bakra sa kalajem i cinkom ili kalajno-cinčane bronze -Crveni liv i

mašinska bronza ( sadržaj Cu+Sn preko 95%).

3. Specijalne bronze: Aluminijumske bronze - Legure bakra sa aluminijumom .

4. Olovno - kalajne bronze - Legure bakra sa kalajem i olovom .

5. Mesing - Legura bakra sa cinkom, Tombak - mesing sa sadržajem bakra iznad

67%

***Legura gvožđa: podrazumeva grupu legura sa masenim udelom ugljenika iznad 2 %.

Kao prateći legirajući elementi najčešće se upotrebljavaju silicijum, mangan, hrom i nikl. Ako se

ugljenik u mikrostrukturi ohlađenog gvožđa nalazi u obliku grafita onda govorimo o leguri pod

imenom sivo liveno gvožđe. Ako se pak ugljenik u mikrostrukturi ohlađenog gvožđa nalazi u

obliku cementita (Fe3C) onda se legura naziva belo liveno gvožđe.

Zahvaljujući eutektičkoj reakciji gvožđe ima daleko nižu tačku topljenja od čelika koja za

eutektičko gvožđe iznosi oko 1.150 °C. Prema sadržaju ugljenika i silicijuma livena gvožđa se

dele na podeutektička, eutektička i nadeutektička.

***Legure železa: Železo je hemijski element oznake Fe. U Periodnom sistemu

elemenata pripada grupi prelaznih metala. Njegov atomski broj je 26, atomska masa 56,

temperatura topljenja 1539 °C, a gustina 7,8 g/cm3. Prema čistoći se razlikuje:

Hemijski čisto železo (99,999% Fe) koje se dobija u laboratorijskim uslovima i

nema praktičnu primenu.

Tehnički čisto železo (99,8 – 99,9% Fe) koje pored železa sadrži i primese: C,

Mn, Si, S i P.

Najveću primenu od svih tehničkih legura imaju legure na bazi železa (Fe) koje se dele

na čelike, gvožđa i ferolegure. Široka primena ovih legura (90% ukupne svetske proizvodnje

metalnih materijala), se zasniva uglavnom na sledećim činjenicama:

rude železa se u velikim količinama nalaze u zemljinoj kori,

legure železa se proizvode relativno jeftinim postupcima,

postiže se dobra kombinacija različitih svojstava.

Osnovni elementi u svim vrstama čelika i gvožđa su železo (osnovna komponenta) i

ugljenik (legirajuća komponenta).

***Načini ispitivanja materijala: Najčešće u praksi korišćene metode (statičke i

dinamičke) date su u sledećoj tablici:

Pregled metoda merenje tvrdoća

5

STATIČKE METODE DINAMIČKE METODE

Brinel (Brinell) metoda HBS, HBW Poldi (Poldy) metoda, HP

Vikers (Vickers) metoda, HV Skleroskopska metoda (po Šoru (Shore)), HSh

Rokvel (RockweIl) metoda, HRC Duroskopska metoda, HD

Knup (Knoop) metoda, HK

Brinel metoda: Kao merilo tvrdoće po Brinelu usvaja se količnik sile, koja deluje na

odgovarajuči utiskivač u obliku čelične kuglice i površine kalote otiska koju taj utiskivač ostavlja

na površini predmeta.

Prema tome, tvrdoća po Brinelu je:

Gde je:

A, mm - površina otiska kalote i

F, daN- sila utiskivanja.

Vikers metoda: Tvrdoća po Vikersu se definiše kao količnik sile, kojom se deluje na

dijamantski utiskivač u obliku pravilne četvorostrane piramide sa uglom pri vrhu od 136°, i površine

otiska utiskivača na površini predmeta koji se meri.

Gde je:

F, N – sila utiskivanja,

A, mm2 – površina otiska u obliku pravilne četvorostranične piramide sa kvadratnom osnovom,

d, mm – dijagonala otiska,

h, mm – dubina otiska,

6

a, mm – stranica kvadrata

Rokvel metoda: JUS HRB i HRC .C.A4.031 najčešće se primenjuju Rokvel "B" i

Rokvel "C" metoda. Ova metoda, za razliku od Brinel metode, kao merilo rvrdoće uzima dubinu

otiska. Kao utiskivač se koristi čelična kuglica prečnika: D=1/16", 1/8", 1/4" i 1/2" ili dijamantska

kupa sa uglom konusa od 120° sa zaobljenjem pri vrhu r=0.2 mm.

***Označavanje čelika***

Prema standardu JUS C.B.0.002, označavanje čelika se vrši nizom slovnih i brojčanih

simbola. Standardno označavanje čelika prema ovom standardu se vrši na sledeći način: slovnom

oznakom (za čelik Č) ili (za čelični liv ČL), i sa četiri do šest brojčana simbola:

Č I II III IV V VI

Č (ili CL) je slovni simbol za čelik (ili za čelični liv);

I, IT, III, IV, V su osnovne oznake kojima se označava vrsta čelika;

IV dopunska oznaka koja se sastoji od jednog, dva ili više brojčanih i slovnih

simbola ili njihove kombinacije kojima se označava namena, odnosno stanje

proizvoda.

Prema JUS-u, čelici su svrstani u dve grupe i to: ugljenični konstruktivni čelici sa

garantovanim (utvrđenim) mehaničkim osobinama (svojstvima) i ugljenični i legirani čelici sa

garantovanim hemijskim sastavom i garantovanim mehaničkim osobinama.

Označavanje ugljeničnih konstruktivnih čelika sa garantovanim mehaničkim

osobinama

Obeležavanje ovih čelika je propisano standardom JUS. C. BO. 500. na sledeći način: na

I mestu kod ovih čelika je brojčana oznaka "0" koja označava, da je reč o grupi

čelika sa garantovanim mehaničkim osobinama; na

II mestu kod ovih čelika je jedan od brojeva "0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9", koji

označava nazivnu odnosno, minimalnu vrednost zatezne čvrstoće koja je utvrđena

za čelike u toplo oblikovanom ili normalizovanom stanju.

Tablica1. Simbol na drugom mestu u oznaci čelika

SimbolZatezna čvrstoća

(N/mm2)Simbol

Zatezna čvrstoća (N/mm2)

7

0 neutvrđena 5 490-580

1 Do 320 6 590-680

2 300-350 7 690-780

3 360-380 8 790-880

4 390-420 9 890-više

III, IV i (V) mestu kod ovih čelika je broj koji označava pripadnost čelika

podgrupi

Tablica 2. Oznaka na trećem i četvrtom mestu

Simbol Podrupa čelika prema čistoći

00-44Čelici negarantovane čistoče, odnosno bez

utvrđenog sadržaja S i P

45-79Čelici sa garantovanim sadržajem S i P. Iz

ove podgrupe čelika ograničava se i količina ostalih pratilaca tj. Si, Mn, C

80-99

Čelici sa ograničenim sadržajem S i P, delimično utvrđenim sadržajem C, Si, Mn i

sa dodatkom legirajućih elemenata radi postizanja posebnih mehaničkih svojstava

V i VI mestu stoje brojčani simboli od 0-9, koji označavaju stanje čelika (žareno,

kaljano, hladno deformisano i dr.).

Primer: O kom čeliku se radi ako je označen sa C 0545?

broj "0" označava da se radi o čeliku sa garantovanim mehaničkim osobinama;J

broj "5"označava propisanu (minimalnu) zateznu čvrstoću (Rm~480-580 (MPa));

dvocifreni broj "45"označava daje to čelik sa ograničenim sadržajem sumpora i fosfora.

Za čelike iz ove podgrupe delimično se ograničava sadržaj ugljenika, silicijuma i mangana.

Označavanje ugljeničnih i legiranih čelika sa garantovanim hemijskim sastavom i

garantovanim mehaničkim osobinama

U osnovi ovi čelici se označavaju na sledeći način:

8

I mestu kod ugljeničnih čelika stoji cifra "1", dok kod legiranih stoji jedan od

brojeva "1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,.8, 9" što zavisi od najuticajnijeg legirajućeg lementa u

čeliku

Tablica 3 redni broj legirajućeg elementa

Najuticajniji legirajući element se smatra onaj element koji ima najveći proizvod sadržaja

i faktora uticajnosti:

Tablica 4. Faktor uticajnosti legirajućih elemenata na čelike

II mastu kod ugljaničnih čelika stoji desetokostruka vrednost maksimalnog

sadržaja ugljenika u čeliku zaokružena na desetine. Kod legiranih čelika na II

mestu je brojčani simbol elementa drugog po uticajnosti. Kod jednostruko

legiranih čelika na drugom mestu je simbol 1.

III , IV, i V mestu je brojčani simbol koji označava podgrupu po nameni

Tablica 5. Oznaka na trećem i četvrtom mestu za ugljenične i legirane čelike

Tablica 6. Simboli za dopunsku oznaku

9

10