MATERIALI

• Med kovinske materiale uvrščamo čiste kovine in njihove zlitine. Zlitine so sestavljene iz osnovne kovine in vsaj ene namenoma dodane zlitinske kovine ali legirnega elementa.
• Ker imajo zlitine večjo trdnost kot čiste kovine, se v strojništvu uporabljajo predvsem zlitine. Zlitine izdelamo s taljenjem in mešanjem dveh ali več kovin, ki so v staljenem stanju medsebojno popolnoma topne.
• Za večino kovin je značilno, da pri strjevanju kristalizirajo. Pogoj za začetek kristalizacije je metastabilno stanje taline, ki se doseţe z ohlajevanjem taline, s podhladitvijo taline in s prisotnostjo kristalnih kali.
• Najvažnejša lastnost aluminija je njegova majhna gostota 2699 kg/m3 , dobra električna in toplotna prevodnost ter ne magnetičnost.
• Najvažnejši kemijski elementi, s katerimi tvori aluminij zlitine, so: baker (Cu), silicij (Si), magnezij (Mg), cink (Zn), mangan (Mn) in litij (Li).
• Glede na tehnološke lastnosti in način predelave izbiramo med zlitinami za litje in zlitinami za gnetenje.
• Baker ima zelo dobro električno in toplotno prevodnost ter dobro preoblikovalnost v hladnem in vročem med 680 do 790 oC, dobro obdelovalnost, ni pa ugoden za litje v končne izdelke zaradi poroznosti ulitkov. Pomembna lastnost bakra in njegovih zlitin je obstojnost proti koroziji, dobra varivost in sposobnost spajkanja.
• Magnezijeve zlitine so lahke in se uporabljajo za dele letalskih motorjev in v avtomobilski industriji. Poleg magnezija vsebujejo še do 10 % Al (poveča trdnost, trdoto in zmanjša kristalno zrno), do 4,5 % Zn (poveča trdnost, trdoto in zmanjša kristalno zrno), do 2,2 % Mn (poveča odpornost proti koroziji in varivost).
• Lastnosti čistega titana se izboljšajo z dodatki Al, Mo, V, Mn, Cr, Sn, Fe in Zr. Varivost titana je zelo dobra in ima nizek toplotno razteznostni koeficient. V primerjavi z drugimi kovinami odlikuje titan še velika trdnost pri navadni in visokih temperaturah, dobra korozijska obstojnost pri sobni in povišani temperaturi, kakor tudi v sladki in morski vodi. Odporen je proti napetostni koroziji in nekaterim kislinam.
• Največ niklja se porabi za izdelavo jekel, predvsem nerjavnih avstenitnih jekel. Nikelj tvori s številnimi elementi zlitine za različno uporabo, na primer: zlitine uporabne pri visokih temperaturah, zlitine z majhnim temperaturnim raztezkom in zlitine s spominom oblike.
• Cink (Zn) je najcenejša korozijsko odporna kovina, je slab prevodnik toplote in elektrike. Glavne zlitine tvori z aluminijem Al (3 do 30 %) in bakrom Cu (do 3,2 %). Zlitini ZnAl4 in ZnAl4Cu1 se uporabljata za tlačno tanke stene ulitke in tlačno kokilno litje v industriji igrač in avtomobilski industriji, za manj obremenjene izdelke, drobnih in zapletenih oblik.
• Trdno železo (Fe) je kovina z značilnim pojavom alotropije, kar pomeni, da ima več kristalografskih oblik ali modifikacij, in sicer s kubično prostorsko in s kubično ploskovno centrirano kristalno mrežo.
• Jekla so še vedno najbolj uporabljen kovinski material zaradi dobrih mehanskih in tehnoloških lastnosti.
• Binarni fazni diagram Fe – Fe3C je uporaben za ogljikova jekla oziroma za nelegirana jekla, kjer je ogljik edini zlitinski element in je v mikrostrukturi jekla izločen kot cementit Fe3C.

  
• Na krivulji likvidus odčitamo temperaturo, pri kateri se začne strjevanje posamezne železove zlitine oziroma temperaturo, pri kateri so zlitine pri segrevanju popolnoma staljene.
• L – talina, δ – trdna raztopina ogljika na osnovi železa, γ – avstenit (trdna raztopina ogljika na osnovi železa), α – ferit (trdna raztopina ogljika na osnovi železa), C– primarni cementit.

  
• Na črti solidus odčitamo temperaturo, pri kateri je strjevanje določene zlitine zaključeno, če se zlitina ohlaja. V primeru, da zlitino segrevamo, lahko na črti solidus odčitamo temperaturo, pri kateri se začne nataljevanje zlitine.
• Mehanske lastnosti zlitin na osnovi železa so odvisne od kemične sestave in od deleža posamezne mikrostrukture, kot so: ferit, cementit, perlit, avstenit in ledeburit.
• Ferit – trdna raztopina ima majhno trdoto, relativno majhno trdnost in dobro duktilnost.
• Cementit Fe3C se loči od ostalih mikrostrukturnih sestavin po veliki trdoti. Cementit je zelo krhek. Delež cementita v mikrostrukturi železovih zlitin je tem večji, čim več vsebujejo ogljika.
• Perlit sestoji iz ferita in cementita.
• Avstenit je trdna raztopina ogljika v železu gama. Pri ohlajanju nelegiranega jekla je obstojen le do temperature 723 oC.
• Ledeburit je v diagramu Fe – Fe3C evtektik. Pod temperaturo 723 oC je sestavljen iz perlita in cementita Fe3C.
• Glede na kemično sestavo razlikujemo med: ogljikovimi (nelegiranimi) jekli in legiranimi jekli.
• Nelegirana jekla imenujemo tudi ogljikova jekla, saj je ogljik edini legirni element in ima odločilni vpliv na mikrostrukturo in lastnosti jekla.
• Legirana jekla vsebujejo še določen delež legirnih elementov, ki odločilno vplivajo na mikrostrukturo in lastnosti določenega legiranega jekla. Najbolj pogosti legirni elementi so: krom (Cr), mangan (Mn), molibden (Mo), nikelj (Ni), silicij (Si), vanadij (V).
• Konstrukcijska jekla so glede mikrostrukture podevtektoidna jekla in predstavljajo po količini ter številu največji deleţ vseh jekel. Glede na kemično sestavo so konstrukcijska jekla lahko nelegirana in legirana.
• Jekla za cementacijo so konstrukcijska jekla s koncentracijo ogljika, največkrat do 0,25 % C.
• Jekla za poboljšanje so ogljikova ali malolegirana konstrukcijska jekla s koncentracijo ogljika 0,25 do 0,6 % C. Uporabljamo jih za izdelavo konstrukcijskih delov, ki so po ustrezni toplotni obdelavi – poboljšanju, izpostavljeni velikim in kompleksnim obremenitvam.
• Orodna jekla so vsa tista nelegirana in legirana jekla, ki se uporabljajo za izdelavo vseh vrst orodij – ročnih in strojnih, kakor tudi orodij, ki so primerna za delo pod posebnimi pogoji.
• Hitrorezna jekla se uporabljajo za izdelavo orodij za obdelavo materialov z odrezovanjem in za izdelavo orodij za hladno preoblikovanje. Od hitroreznih jekel zahtevamo visoko trdoto, ustrezno žilavost in obstojnost proti obrabi v vročem stanju.
• Železove litine so glede na tehnološki namen zlitine za litje. Običajno vsebujejo od 2 do 4 % C. Za poboljšanje mehanskih lastnosti, za povečanje odpornosti proti obrabi in koroziji ter za doseganje posebnih lastnosti pa so lahko dodani tudi drugi zlitinski elementi, kot so: nikelj (Ni), krom (Cr), molibden (Mo) ali mangan (Mn).
• Največji vpliv na mikrostrukturo in na uporabne lastnosti litin ima kemična sestava litine in hitrost ohlajanja ulitka, ker vplivata na obliko in porazdelitev ogljika v mikrostrukturi litine.
• Siva litina - Mehanske in tehnološke lastnosti sive litine so odvisne od kemične sestave, hitrosti ohlajanja in od oblike, velikosti ter porazdelitve grafita v mikrostrukturi litine. Čim večje so lamele grafita, tem manjšo natezno trdnost ima siva litina.
• Bela litina ima svetel prelom, ker je ogljik izločen v obliki cementita Fe3C. Cementit poveča trdoto in obrabno odpornost litine, hkrati pa otežuje obdelavo. Odlitki iz bele litine so trdi in krhki. Uporablja se za litje različnih delovnih elementov in orodja, ki morajo biti odporna proti obrabi, na primer za bate pri težkih hidravličnih stiskalnicah, za izdelavo valjev za valjanje pločevine, profilov, mlinskih valjev za žito, za kemično in papirno ter gumarsko industrijo pa tudi za dele, ki so izpostavljeni koroziji, kot na primer deli črpalk.
• Izhodiščni material za temprano litino je bela litina, kjer je celoten ogljik izločen v obliki Fe3C. Bela litina je zelo trda in krhka, zato je težko obdelovalna. Temprana litina je rezultat žarjenja ali tempranja ulitkov iz bele litine pri visoki temperaturi. Pri temprani litini so mehanske lastnosti neodvisne od debeline stene ulitka, pač pa od temperature žarjenja litine.
• Najštevilčnejša je skupina konstrukcijskih nelegiranih in legiranih jekel. V to skupino uvrščamo jekla za poboljšanje in jekla za površinsko utrjevanje (jekla za cementacijo, nitridiranje in površinsko kaljenje).
• Pri orodnih jeklih moramo razlikovati med ogljikovimi (nelegiranimi) orodnimi jekli in legiranimi orodnimi jekli za delo v hladnem in v vročem stanju. Posebna skupina orodnih jekel so hitrorezna jekla, ki se danes izdelujejo predvsem po tehnologiji prahu.
• Različne izdelke in manjše konstrukcijske elemente lahko oblikujemo tudi iz prahu oziroma drobnih zrnc, velikosti 0,5 do 300 μm, po postopku metalurgije prahov (Powder metallurgy).
• Metalurgija prahov vključuje:

  izdelavo prahov,

  karakteriziranje prahov,

  pripravo prahov za stiskanje (konsolidacija),

  stiskanje, sintranje ter

  sekundarne postopke.