Челик — разлика између измена

313 бајтова додато ,  пре 5 година
м
Бот: исправљена преусмерења; козметичке измене
м (Уклањање сувишних унутрашњих веза)
м (Бот: исправљена преусмерења; козметичке измене)
{{Челик}}
[[Датотека:The viaduct La Polvorilla, Salta Argentina.jpg|мини|десно|333п|Челични мост.]]
'''Челик''' ({{јез-тур|çelik}}) јесте нетастабилно кристализована [[Fe]]-[[угљеник|C]] (Fe-Fe<sub>3</sub>C) [[легура]] са садржајем [[угљеник]]а мањим од 2,06%. Додавањем [[волфрам]]а, [[хром]]а, [[молибден]]а, [[ванадијум]]а, [[манган]]а, [[никл]]а, [[кобалт]]а и других [[метал]]а, 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 [[челик]]у већ о новим типовима легура. Ту спадају: (1) [[негвожђане легуре]] ({{јез-енгл|Non-Ferrous Alloys}}) на бази -{[[Al]], [[Magnezijum|Mg]], [[Титанијум|Ti]]}-, и -{[[Цирконијум|Zr]]}-, (2) [[легуре тешко топивих метала]] ({{јез-енгл|Refractory Metal Alloys}}) на бази -{[[Molibden|Mo]], [[Волфрам|W]], [[Кобалт|Co]]}-, и -{[[Тантал|Ta]]}-, (3) [[платинске легуре]] на бази -{[[Платина|Pt]], [[Паладијум|Pd]], [[Rh]], [[Ru]]}-, и -{[[Иридијум|Ir]]}-, (4) [[специјалне легуре]] ({{јез-енгл|Special Alloys}}) и (5) [[супер легуре]] ({{јез-енгл|Superalloys}}).
 
== Дефиниција ==
[[Датотека:Fe-Fe3C.png|мини|десно|333п|Слика 1. Матастабилни фазни дијаграм Fe-Fe<sub>3</sub>C (пуне линије). Фазне области стабилног фазног дијаграма Fe-C означене су испрекиданим линијама.]]
 
По класичној дефиницији челик је [[легура]] [[гвожђа]] (-{[[Fe]]}-) и [[угљеник]]а (-{[[Угљеник|C]]}-) која садржи мање од 2,11% (масених %) угљеника. Са становишта [[Хемија|хемије]] и [[Термодинамика|термодинамике]] челик је у ствари [[Метастабилно стање|метастабилна]] легура [[Железо (хемијски елемент)гвожђе|железа]] (-{[[Fe]]}-) и [[цементит]]а - карбида железа -{Fe<sub>3</sub>C}-. [[Фазни дијаграм]] који се користи као полазна основа при [[Производња челика|производњи]] и [[Прерада челика|преради]] [[челик]]а, није [[равнотежни фазни дијаграм]] -{Fe-C}-, већ његова метастабилна верзија Fe-Fe<sub>3</sub>C (види слику 1.). Занимљиво је нагласити да су многи корисни материјали, које екстензивно користимо, заправо метастабилни. [[Дијамант]] је, на пример, метастабилна [[Полиморфизам (хемија)|модификација]] угљеника док је [[Термодинамички стабилна модификација|термодинамички стабилна]] [[Полиморфизам (хемија)|алотропска модификација]] [[графит]].
 
Ако је масени удео угљеника између 2,11% и 4,3% онда говоримо о [[Легура|легури]] под именом [[ГвожђеЛивено (легура)гвожђе|Гвожђе]].
 
== Особине ==
[[Челик]], на пример, може бити врло [[Дуктилност|мек]] и као такав изузетно погодан за [[дубоко извлачење]] (прављење лименки, конзерви и тд.). Насупрот томе челик може бити врло [[Тврдоћа|тврд]] и [[Кртост|крт]] као на пример код [[Мартензитни челици|мартензитних челика]] који се користе за сечива. Пред модерну производњу челика постављају се врло високи захтеви, који најчешће укључују оптималну комбинацију особина као што су [[затезна чврстоћа]] са једне и [[дуктилност]], односно [[деформабилитет]] са друге. Поред тога мора се стално водити рачуна о исплативости производње што је последица непрестане промене цена легирајућих елемената (на пр. [[Никл]]а).
 
Најважнији легирајући елемент у челику је [[угљеник]]. Он се у челику налази у облику једињења под именом [[цементит]], Fe<sub>3</sub>C. Повишени масени удео угљеника чини челик чвршћим, али у исто време кртим материјалиом. У зависности од удела угљеника и температуре на којој се узорак челика налази на фазном дијаграму се могу уочити следећи [[Микроконституент|микроконституенти]]: [[Аустенит]], [[Ферит (гвожђе)|Ферит]], Примарни-, Секундарни-, цементит као и [[Микроконституент|микроструктуре]] (мешавине фаза): [[Перлит]], [[Ледебурит]]. Ако се челик нагло охлади, тако да се [[Дифузија|дифузиони процеси]] (на првом месту дифузија угљеника) не одвију до краја, онда се у структури челика појављују нове микроструктуре које су већином пресићене угљеником. Ако се убрзано хлађене одвија из аустенитне области могу се јавити финоламелиране микроструктуре [[Сорбит]] или [[Тросит]]) као и игличати/зрнасти [[Беинит]] или игличасти [http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2004/CMisc/scratch/scratch.html Мартензит].
 
[[Специфична тежина]] челика је скоро иста као специфична тежина чистог [[Гвожђе (хемијски елемент)гвожђе|гвожђа]] и износи око 7.850 -{kg/m³}-.
 
== Како утицати на особине челика (легирање) ==
=== Легирајући елементи и њихов утицај на особине челика (поређани по абецедном реду) ===
 
Легирајући елементи у челику се резликују по томе да ли стабилизују стварање [[Карбиди|карбида]], [[Аустенит|аустенита]] или [[Феритферит (гвожђе)|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 [[Термичка обрада|термичке обраде]] и [[Пластична прерада|пластичне прераде]].
 
Легирајући елементи у челику се деле у принципу у две групе:
 
* алфагени елементи (стабилизују [[ферит (гвожђе)|ферит]]): [[Molibden|Mo]], [[Si]], [[Ванадијум|V]], [[Niobijum|Nb]], [[Титанијум|Ti]], [[Al]], [[Волфрам|W]], и
 
* гамагени елементи (стабилизују [[аустенит]]): [[Ni]], [[Mangan|Mn]], [[Угљеник|C]], [[Азот|N]], [[Cu]].
==== [[Алуминијум]] ([[Al]]) ====
* Т<sub>Топљења</sub> = 658-{°C}-.
* Сужава снажно γ-област у фазном дијаграму -{Fe-Fe<sub>3</sub>C}- <=> Фаворизује стварање [[ферит (гвожђе)|ферита]]а.
 
[[Алуминијум]] је најјаче и најчешће примењивано [[дозоксидативно средство]]. Поред тога алуминијум снажно утиче на концентрацију раствореног [[азот]]а 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 [[нитрид]]е високе трвдоће, веома је широко коришћен као легирајући елемент у челицима за нитрирање.
Корозиона отпорност у односу на [[Вода|воду]], [[Киселина|киселине]] и вреле [[гас]]ове скоро и да не зависи од масеног удела угљеника.
 
==== [[Калцијум]] ([[Калцијум|Ca]]) ====
* Т<sub>Топљења</sub> = 850-{°C}-
 
Заједно са [[силицијум]]ом у форми силико-калцијума употребљава се у процесу производње при дезоксидацији челика. У принципу [[калцијум]] повећава ватросталност.
 
==== [[Церијум|Цер]] ([[Церијум|Ce]]) ====
* Т<sub>Топљења</sub> = 775-{°C}-
 
[[Хром]] као легирајући елемент даје челику способност [[Каљење|каљења]] у уљу, односно на ваздуху, преко утицаја на [[Критична брзина каљења|критичну брзину каљења]], што повећава [[прокаљивост]] челика и способност [[Побољшање (челик)|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 -{N/mm}-<sup>2</sup> по масеном проценту хрома.
 
Хром има изузетну склоност ка стварању [[Карбиди Хрома|карбидкарбида]]а који даље позитивно утичу на [[Механичке особине|механичке карактеристика]] челика (на пр. отпорност на хабање), али негативно утиче на корозиону постојаност.
 
Иако снажно сужава γ-а шири α-област у фазном дијаграму -{Fe-Fe<sub>3</sub>C}-, хром стабилизује [[аустенит]] (γ-област) у хром-[[манган]]-, односно хром-[[никл]]-[[Нерђајући челици|нерђајућим челицима]].
Ако имамо виско садржај [[угљеник]]а у челику и истивремено садржај хрома до 3% (масена %) повећавају се истовремено [[реманенција]], [[коерцитивна сила]].
 
Код [[нерђајући челикчелици|нерђајућих челика]] садржај хрома преко 12% даје материјалу позитивни електрохемијски потенцијал, материјал постаје „племенитији“, што га чини отпорним на деловање електролита, а истовремено се ствара површински слој [[Cr]]-оксида, који додатно штити материјал од корозивне средине.
 
==== [[Бакар]] ([[Cu]]) ====
Водоник је поред осталог „кривац“ за такозвани „плави лом“ челичног матријала.
 
Унутар челика Водоник се окупља у близини грешки у материјалу ([[Дислокација|дислокације]], [[неметални укључци]], ...) у атмосфере. У зависности од количине водоника у челику те накупине могу достићи такве размере да постану [[концетратор напрезања]] довољно велики да на њему крене раст [[Прскотина|прскотине]] која ће касније довести до [[лом (Бугарска)|лома]]а матаријала.
 
==== [[Магнезијум]] ([[Mg]]) ====
* Снажно шири γ-облст у фазном дијаграму -{Fe-Fe<sub>3</sub>C}-.
 
[[Манган]] у челику на првом месту служи као дезоксидационао средство. Као средство за редуковање количине слободног [[сумпор]]а манган делује тако што ствара [[мангансуклфид]] (-{MnS}-) стварање штетног [[Гвожђе-сулфид|гвожђе-сулфида]] (-{FeS}-). Дуго је времена проблем стварања гвожђе-сулфида што узрокује такозвану појаву лома у црвеном (или црвени лом) био нерешив. Проблем је био у томе што [[гвожђе-сулфид]] има веома ниску тачку топљења тако да остаје у течној фази при очвршћавању челика. То доводи до тога да као последња течна фаза гвожђе-сулфид очврсне по границама зрна. Како је гвожђе-сулфид врло крт то доводи до лома материјала већ при пластичној преради у области темпаратура црвеног усијања. Одатле води назив - „црвени лом“ или лом у црвеном. Супротно [[гвожђе-сулфид|гвожђе-сулфиду]]у, мангансуклфид је тешко топиво једињење, тако да се у виду неметалних укључака издваха унутар зрна, што повољно утиче на механичке особине материјала. Та особина је посебно веома корисна код [[Челици за аутомате|челика за аутомате]] који иначе имају повећан садржај сумпора. Повећан садржај сумпора код челика за аутомате користан је са аспекта побољшања способности машинске обраде материјала.
 
Манган снажно снижава [[Критична брзина хлађења|критичну брзину хлађења]] што повећава способност [[Каљење|каљења]] челика. [[Граница течења]] и [[затезна чврстоћа]] се повећавају са повишењем масеног удела мангана. Манган такође повољно утиче на [[ковност]], [[способност заваривања]] као у повећање дубуне [[Прокаљивост|прокаљивости]].
* Т<sup>Nb</sup><sub>Топљења</sub> = 1.960-{°C}-, Т<sup>Ta</sup><sub>Топљења</sub> = 3.030-{°C}-
* Изражена тежња ка стварању [[карбид]]а.
* Снажно сужавају γ-област у фазном дијаграму -{Fe-Fe<sub>3</sub>C}- <=> Фаворизују стварање [[ферит (гвожђе)|ферита]]а.
 
Због тога што у природи обично иду заједно и уз то се веома тешко раздвајају, ова два елемента се примењују у легирању челика ако легура [[ниобијум]]а и [[тантал]]а. Због особине да повећавају [[ватросталност]] као и отпорност на [[пузање]] врло често се користе као легирајући елементи за челике који раде у условима високог [[Притисак|притиска]] и високе [[Темпертура|температуре]].
Легура [[гвожђе|гвожђа]] и никла са 36% масених удела никла под комерцијалним називом „-{[[Invar]]}-“ поседује најмањи [[коефицијент термичког ширења]] и као таква незаменљив је матријал у изради многих мерних инструментата.
 
==== [[Антимон]] ([[Антимон|Sb]]) ====
* Т<sub>Топљења</sub> = 630-{°C}-
* Сужава γ-област у фазном дијаграму -{Fe-Fe<sub>3</sub>C}-.
* Снажно сужава γ-област у фазном дијаграму -{Fe-Fe<sub>3</sub>C}-.
 
Постоји само једна сорта челика код које је дозвољен релативно висок садржај [[фосфор]]а. То су [[челици за аутомате]]. Фосфор исказује јаку тенденцију посебно ка [[Примарна сегрегација|примарној сегрегацији]], чије се штетно присуство услед релативно никог коефицијента дифузије фосфора, како у [[аустенит]]у тако и у [[ферит (гвожђе)|фериту]]у, веома је тешко уклања. [[Сегрегација (челик)|Сегрегације]] делују као слаба места у структури материјала на којима по правилу креће пропагација [[Прскотина|прскотине]], што за последицу има лом материјала. Пошто је скоро немогуће спречити [[Сегрегација (челик)|Сегрегацију]] фосфора, односно поспешити његову равномерну расподелу унутар чврстог раствора, остаје као једино решење максимално смањење масеног удела (од 0,03%-0,05%).
 
Фосфор већ у малим количинама повећава осетљивост на покаву кртости материјала приликом отпуштања. Тај утицај се повећава са повећањем масеног удела [[угљеник]]а. Такође расте температура [[Каљење|каљења]], величина зрна као и смањење способности пласичне деформације. Последица свега тога може да буде лом у хладном као последица пораста [[Кртост|кртости]] материјала.
==== [[Силицијум]] ([[Si]]) ====
* Т<sub>Топљења</sub> = 1.414-{°C}-.
* Сужава снажно γ-област у фазном дијаграму -{Fe-Fe<sub>3</sub>C}- <=> Фаворизује стварање [[ферит (гвожђе)|ферита]]а.
 
[[Силицијум]] је јако и врло често примењивано [[дозоксидативно средство]] у производњи челика. Као легирајући елемент силицијум повећава [[Чврстоћа|чврстоћу]], [[Граница еластичности|границу елестичности]] и отпорност на [[хабање]]. Способност да повећа [[Граница елестичности|границу елестичности]] доводи до врло честе примене силицијума као легирајућег елемента у производњи [[Челици за опруге|челика за опруге]].
Легиран у већим масеним уделима силицијум води побољшању [[Ватросталност|ватросталности]] и отпорности на утицај [[киселина]]. Међутим висок садржај силицијума утиче на смањење [[Електрична проводност|електричне проводности]] и [[Коерцитивна сила|коерцитивне силе]].
 
==== Титан ([[Титанијум|Ti]]) ====
* Т<sub>Топљења</sub> = 1.727-{°C}-.
* Изражена тежња ка стварању [[карбид]]а.
Због тога што утиче на повећање [[Чврстоћа|чврстоће]] челика на повишеним темпаратурама, а уз то повећава и отпорност на [[хабање]], Волфрам се легира код [[Брзорезни алатни челици|брзорезних алатних челика]] као и код [[Алатни челици за рад у топлом|алатних челика за рад у топлом]].
 
==== [[Калај]] ([[Калај|Sn]]) ====
* Т<sub>Топљења</sub> = 231,8-{°C}-.
* Непожељан легирајући елемент веома снажног легирајућег дејства.
 
==== [[Цирконијум]] ([[Цирконијум|Zr]]) ====
* Т<sub>Топљења</sub> = 1860-{°C}-.
* Изражена тежња ка стварању [[карбид]]а.
* Цужава γ-област у фазном дијаграму Fe-Fe<sub>3</sub>C.
 
[[Цирконијум]] се понаша као снажно [[дозоксидативно средство]], [[денитрификационо средство]] и [[десулфурационо средство]]. Код [[Челици за аутомате|челика за аутомате]], који иначе имају пожељно увећан садржај [[сумпор]]а, Цирконијум делује позитивно на профил и састав исталожених [[Сулфиди|сулфидасулфид]]а што смањује опасност од појаве [[лом у црвеном|лома у црвеном]].
 
== Врсте челика ==
* [[ТРИП челици]] ({{јез-енгл|TRIP Steels}}, [http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2005/TRIP.steels.html TRIP - transformation-induced plasticity])
* [[ХСЛА челици]] ({{јез-енгл|HSLA Steels - '''H'''igh '''S'''trength '''L'''ow '''A'''lloy steels}})
* [[Нерђајући челици]] - Постоји као [[Ферит (гвожђе)|Феритни]] (минимално 10% Cr) и [[Аустенит|Аустенитни]]ни (Cr+Ni). Аустенитни челици су немагнетични на собној температури.
* [[Челици за нитрирање]]
* [[Челици отпотни на утицај киселина]]
== Алтернативни материјали ==
 
Постоји генерална тежња да се [[челик]] замени у већини места где се тренутно примењује, а разлог је његова велика специфична тежина. Тежња да се употребе метални материјали као што су [[Al]], [[Mg]], [[Титанијум|Ti]] и њихове легуре или [[композитни материјали]] (већином на бази [[Угљеничнаполимер влакнаојачан угљеничним влакнима|угљеничних влакана]]) отежана је чињеницом да ни један (за сада) познати материјал нема тако идеалан однос ([[особине]]+[[фелксибилност]])/[[цена]] као челик. Ако је судити по тренутном стању на тржишту, сада и у ближој будућности, челик је (и биће) супериоран материјал за најширу употребу. Као пример проблема у замени челика другим материјалом може послужити производња [[Ауди|аудијевог]] модела [[А3]]. Већином од [[алуминијум]]а израђен А3 (се изузетком шасије и виталних делова [[Мотор|мотора]] који су направљени од челика), иако изузетан аутомобил, имао је у старту проблем. Био је изузетно скуп за своју класу. Али, то није све. Репаратура у саобраћају хаварисаних [[А2]] је неколико пута скупља од конвенционалне репаратуре од челика направљених аутомобила. Као последица свега А3, иако изузетан по својим особинама, се више не производи.
 
== Еколошки аспект ==
363.220

измена