20 (masinski materijali)

Ma{inski materijali _________________________________________________________________________________________________________

1-20Poglavlje 20

P oglavlj e 2 02 0

M A [ INSK I M A TERIJ A LI

Kompjutersko crtanje i konstruisanje __________________________________________________________________________________________________________

2-20

u Ma{inski materijali prema standardima

aterijali koji se koriste u ma{instvu mogu se svrstati prema strukturalnom poreklu na metalne, polimerne (plasti~ne), kerami~ke, kompozitne i elektronske.

Konstruktor bira svojstva materijala na osnovu vi{e kriterijuma razmatraju}i mogu}nosti materijala koji }e u eksploataciji ispoljiti traène karakteristike. Pored niza prirodnih osobina, na izbor materijala uti~u i ekonomske karakteristike kao {to su: cena, mogu}nosti nabavke, nivoi zaliha u sistemu i okruènju i sl. Ovaj odabir materijala se izvodi u skladu sa katalo{kim podacima zastupljenim pre svega u nacionalnim ili internim standardima (sl. 20.1).

Sl. 20.1 Dijalog Standard Parts Database sa bazama podataka svojstava ma{inskih materijala prema ISO i nekim nacionalnim standardima

Veoma va`ni metal, gvo`|e, obi~no se legira sa drugim metalima stvaraju}i ~elik. Iako u relativno malom procentu, legiraju}i elementi mogu znatno promeniti mehani~ke i tehnolo{ke osobine gvo`|a. Npr. legiranjem gvo`|a sa ugljenikom, dobijaju se legure ~elika ili livenog gvo`|a. êlici se dele na: ugljeni~ne i legirane. Ugljeni~ni su oni kod kojih ugljenik ima odlu~uju}i uticaj na svojstva ove legure, dok ostali, s obzirom na koli~inu, to nemaju. Kod legiranih ~elika, osim ugljenika na svojstva uti~u i slede}i metali: mangan, nikl, hrom, vanadijum, volfram, molibden, titan, kobalt, bakar i dr; od nemetala: ugljenik, silicijum, jod, fosfor i gasovi: kiseonik, azot i vodonik. Primarni kompozit gvo`|a - ~elik, prema nameni, deli se na konstruktivni i alatni.

M


3-20Poglavlje 20

Funkciju konstruktivnog ~elika (op{ti i finozrnasti) susre}emo kod izgradnje ~eli~nih objekata tipa: konstrukcije u ma{inogradnji, metaloprera|iva~koj industriji, mostogradnji, brodogradnji, gradnji kotlova, cevovoda, procesnoj industriji i sl. Alatni ~elici se koriste, pre svega, za izradu reznih alata u metaloprera|iva~koj i drvnoj industriji. Ovi ~elici moraju zadovoljiti znatne mehani~ke i fizi~ke karakteristike: kao {to su: otpornost na habanje, sposobnost rezanja, postojanost na povi{enim temperaturama, otpornost na koroziju, elektromagnetna svojstva i sl. U grupu ne~eli~nih materijala spadaju, pre svega, aluminijum i njegove legure. Ovaj metal ima relativno malu specifi~nu teìnu i pripada grupi lakih obojenih metala. Legira se uglavnom sa bakrom, manganom, gvo`|em, cinkom, silicijumom i magnezijumom [20]. Aluminijum i njegove legure pojavljuju se na trì{tu u raznim oblicima, kao {to su: limovi, folije, {ipke razli~itog popre~nog preseka, cevi razli~itog pre~nika i debljine zida, ìce, zakivci, profili (L, T, I, U, Z, O i dr.) kao i specijalni odlivci za avioindustriju, brodogradnju, gra|evinarstvo, industriju motornih vozila i dr. Sl. 20.2 Dijalog Standard Parts Database o bazama podataka ma{inskih materijala na osnovu JUS standarda Klasifikacija aluminijumskih legura prema hemijskom sastavu sa oznakom npr. AlSi5Mg.81 jeste legura aluminijuma sa silicijumom i magnezijumom. Neke karakteristike ~elika, ~eli~nih livova ili aluminijuma mogu se na}i u bazama podataka AM-a. Ove vrednosti (sl. 20.3-20.7) su potrebne konstruktoru prilikom prora~una, pri formiranju geometrije modela.


4-20

& Referentni pojmovni: ma{inski materijali i njihove oznake Description – Naziv (opis) ma{inskog materijala. Zavisi od standarda koji ga propisuje. E - Modules – Modul elasti~nosti E u N/mm2. Modul je napon koji dovodi do pove}anja duìne za ∆L=L (do dvostruke duìne L+ ∆L=2L). Yiel point (Re) – Napon (ta~ka) te~enja (razvla~enja) u N/mm2. Mehani~ka osobina izdr`ljivosti materijala. Zavisi od vrste i debljine materijala. Poisson – Puasonov koeficijent. Predstavlja meru proporcionalnosti izme|u popre~ne i uzdu`ne dilatacije. Utvr|uje se eksperimentom i predstavlja vaàn parametar za mnoge prora~une napona. ^ XXXX.XX – Alfa numeri~ki simbol za ozna~avanje materijala ~elika. Slovna oznaka ^ govori da se radi o ~eliku. Osnovna oznaka XXXX je broj~ana i ozna~ava vrstu ~elika (za pobolj{anje, cementaciju i sl.). Dopunske oznake X ili XX ozna~avaju stanje ~elika. êlici sa garantovanim hemijskim sastavom – U ove ~elike se ubrajaju ugljeni~ni ~elici propisanog hemijskog sastava, kao i legirani ~elici. Ugljeni~ni ~elici – Predstavljaju vrste ~elika kod kojih odlu~uju}i uticaj na osobine ima ugljenik, dok se ostali legiraju}i elemenati sadrè isklju~ivo u koli~inama koje nemaju bitnog uticaja na njegove karakteristike. Legirani ~elici – Predstavljaju one vrste ~elika kod kojih odlu~uju}i uticaj na osobine imaju legiraju}i elementi, npr. Si, Mn, Cr, Ni, W, Mo, V, Co, Ti, Cu, Al i sl. Sadràj ovih elemenata je veoma mali. Legirani ~elici su oni koji sadrè najmanje jedan ili vi{e legiraju}ih elemenata ~ije procentualne vrednosti prema{uju vrednosti: 0,05 do 0,6% pa navi{e, zavisno od elementa. Niskolegirani ~elici – Predstavljaju one vrste ~elika kod kojih je ukupni sadràj legiraju}ih elemenata manji ili jednak 5%. Visokolegirani ~elici – Predstavljaju one vrste ~elika kod kojih je ukupni sadràj legiraju}ih elemenata ve}i od 5%. Primeri uporednih oznaka JUS (DIN) raznih vrsta ~elika: ^ 0645 (St 70-2); ^ 0460 (RSt42-1) – Op{ti konstrukcioni ~elici. ^ 1220 (C 15); ^ 4320 (16 MnCr5) – êlici za cementaciju. ^ 4730 (25 CrMo 4); ^ 5430 (36 CrNiMo4) – êlici za pobolj{anje. ^ 4531 (34 CrAlNi 7); ^ 4738 (32 CrMo12) – êlici za nitriranje. ^ 2130 (38 Si 7); ^ 4831 (58 CrV4) – êlici za opruge. ^ 4142 (105 Cr 6) – êlik za kotrljajne leàje. ^ 3134 (50 Mn 7) – êlik otporan na habanje. ^ 4581 (X 80 CrNiSi 20) – êlik za ventile motora. ^ 7432 (24 CrMo5 5) – êlik za upotrebu pri povi{enim temperaturama. ^ 4579 (X 12 NiCrSi36 16) – Vatrootporni ~elik. ^ 4574 (X 19 CrNiMoTi18 10) – Ner|aju}i ~elik. ^ 1590 (45 S20) – êlik za automate. ^ 3990 (9 S Mn28) – êlik za automate. ^ 1205 (Ast 41) – Kotlovski lim od ugljeni~nog ~elika. ^ 1741 (C 70 W2) – Nelegirani ugljeni~ni alatni ~elik. ^ 6445 (80 WCrV 8) – Legirani alatni ~elik za rad u hladnom stanju. ^ 5741 (55 NiCrMoV 6) – Legirani alatni ~elik za rad u vru}em stanju.


5-20Poglavlje 20

^ 9681 (S 12-1-2-5) – Brzorezni alatni ~elik. ^L 4571 (G-X 10 CrNi18 8) – Ner|aju}i i hemijsko postojani ~eli~ni liv. ^L 4271 (G-X 40 CrSi 29) – Vatrootporni ~eli~ni liv. ^L 3134 (GS-36 MnS) – êli~ni liv otporan prema habanju. ^L 0700 (GS-70) – êli~ni liv za op{tu upotrebu. ^L 4730 (GS-34 CrMo4) – êli~ni liv za pobolj{anje. SL 200 – Sivi liv minimum zatezne ~vrsto}e 200 N/mm2. NL 500-3 – Nodularni liv minimum zatezne ~vrsto}e 500 N/mm2. BTEL 35-04 – Beli temperovani liv minimum zatezne ~vrsto}e 350 N/mm2. CTEL 45-06 – Crni i temperovani liv minimum zatezne ~vrsto}e 450 N/mm2. AlZn5Mg 3.00 – Legura aluminijuma za gnje~enje (prirodno/ve{ta~ko starenje). P.CuSn12Ni 2.01 – Legura bakra za livenje (npr. za jako optere}ene vence to~kova). Cu Sn4PbZn 4.00 – Legura bakra za gnje~enje (za manometarske cevi, opruge, klizna leì{ta). L. Sn80Pb – Legure kalaja i olova za leì{ta izloèna velikim dinami~kim naprezanjima. ZnAl4Cu 1 – Legura cinka za livenje. ZnCu4Pb 1 – Legura cinka za gnje~enje. Iron (Fe) – Gvo`|e. Manganese (Mn) – Mangan. Nitroge (N) – Azot. Nickel (Ni) – Nikl. Chromium (Cr) – Hrom. Hidrogen (H) – Vodonik. Vanadium (V) – Vanadijum. Tungsten (W) – Volfram. Aluminum (Al) – Aluminijum. Titanium (Ti) – Titan. Surfur (S) – Sumpor. Molybdenum (Mo) – Molibden. Cobalt (Co) – Kobalt. Copper (Cu) – Bakar. Magnesium (Mg) – Magnezijum. Carbon (C) – Ugljenik. Iodine (J) – Jod. Silicon (Si) – Silicijum. Phosphorus (P) – Fosfor. Oxygen (O) – Kiseonik. Zinc (Zn) – Cink. Antimony (Sb) – Antimon. Silver (Ag) – Srebro. Tin (Sn) – Kalaj. Brittleness – Krtost. Bronze – Bronza. Brinell hardness – Tvrdo}a po Brinelu. Vickers hardness – Tvrdo}a po Vikersu. Engineering materials – Ma{inski materijali. Machine costings – Ma{inski liv. Babbit – Legura za nalivanje leàja (beli metal). ¥ Napomena: Nazivi i karakteristike nekih ma{inskih materijala zastuplenih nacional-nim standardom mogu se pregledati i koristiti jedino ako je instalirana baza podataka o njima, kao {to je MASTEL.


6-20

u Katalozi nekih metalnih materijala prema JUS standardu

Sl. 20.3 Lista ~elika za povr{insko Sl. 20.4 Izvod liste finozrnog kaljenje, prema JUS C.B9.020 konstruktivnog ~elika, prema JUS C.B9.502

Sl. 20.5 Lista sivog livenog gvo`|a (sivog liva), prema JUS C.J2.020 Sl. 20.6 Lista legura aluminijuma (odlivci), prema JUS C.C2.300


7-20Poglavlje 20

u Katalozi nekih metalnih materijala prema ANSI i DIN standardima

Sl. 20.7 Neki tipovi ma{inskih materijala na osnovu ANSI –a), odnosno DIN standarda –b)

a) b)

20 (masinski materijali)

Documents