Најважније из лекције
Легуре: Смеше метала са знатно бољим особинама од чистих компонената. Настају процесом легирања (растапање, мешање, хлађење).
Челик: Легура \(\text{Fe} + \text{C}\) (до \(1{,}7\,\%\)), еластичан и тврд (најважнији технички материјал).
Легуре алуминијума: Дуралуминијум (\(\text{Al} + \text{Cu} + \text{Mg} \dots\)) за авио-индустрију; силумин (\(\text{Al} + \text{Si}\)) за делове мотора.
Легуре бакра: Бронза (\(\text{Cu} + \text{Sn}\)) за споменике, медаље и звона; месинг (\(\text{Cu} + \text{Zn}\)) за музичке инструменте, браве и кваке.
Олово и цинк: Олово (\(\text{Pb}\)) за заштиту од зрачења и тегове; цинк (\(\text{Zn}\)) за поцинковање гвожђа и олука.
Заштита од корозије: Лакирање, галванизација (поцинковање) и легирање спречавају разорно дејство кисеоника и влаге.
Челик: Легура \(\text{Fe} + \text{C}\) (до \(1{,}7\,\%\)), еластичан и тврд (најважнији технички материјал).
Легуре алуминијума: Дуралуминијум (\(\text{Al} + \text{Cu} + \text{Mg} \dots\)) за авио-индустрију; силумин (\(\text{Al} + \text{Si}\)) за делове мотора.
Легуре бакра: Бронза (\(\text{Cu} + \text{Sn}\)) за споменике, медаље и звона; месинг (\(\text{Cu} + \text{Zn}\)) за музичке инструменте, браве и кваке.
Олово и цинк: Олово (\(\text{Pb}\)) за заштиту од зрачења и тегове; цинк (\(\text{Zn}\)) за поцинковање гвожђа и олука.
Заштита од корозије: Лакирање, галванизација (поцинковање) и легирање спречавају разорно дејство кисеоника и влаге.
Легуре су хомогене смеше два или више метала, или метала и неметала, које имају знатно боља механичка или хемијска својства од чистих полазних метала.
Легирање је поступак којим се тачно одређене количине састојака растопе, заједно измешају у течном стању и затим охладе.
Индустрија производње гвожђа и челика назива се црна металургија, док се производња свих осталих метала назива обојена металургија.
Зашто се већина метала у пракси користи у облику легура, а не као чисти метали?
Чисти метали често немају задовољавајућа својства за свакодневну и индустријску употребу (нпр. чисти бакар или алуминијум су сувише меки). Легирањем се побољшавају тврдоћа, еластичност, чврстоћа и отпорност на хабање и корозију.
Челик је најважнија легура гвожђа (\(\text{Fe}\)) и угљеника (\(\text{C}\)), где је масени удео угљеника до око \(1{,}7\,\%\).
Чисто гвожђе је релативно меко и крто, док је челик знатно тврђи, чвршћи и еластичнији. Због тога је гвожђе највише произвођен и најважнији технички метал.
Челик се масовно употребљава у машинству (производња алата и машина), грађевинарству (арматура за објекте, мостове) и саобраћају (пруге, возила, бродови).
Која је основна разлика у саставу и својствима између чистог гвожђа и челика?
Челик садржи мали додатак угљеника (до \(1{,}7\,\%\)). За разлику од чистог гвожђа које је меко и крто, челик се одликује великом тврдоћом, чврстоћом и еластичношћу.
Алуминијум (\(\text{Al}\)) је најзаступљенији метал у Земљиној кори. Одликује се малом густином (лак метал), добром проводљивошћу и отпорношћу на корозију, али чист нема довољну тврдоћу за носеће конструкције.
| Легура алуминијума | Састав | Главне особине и примена |
|---|---|---|
| Дуралуминијум | \(\text{Al} + \text{Cu}, \text{Mg}, \text{Mn}, \text{Si}, \text{Fe}\) | Велика чврстоћа уз малу масу; користи се у авио-индустрији (израда летелица), за шипке, цеви и лимове. |
| Силумин | \(\text{Al} + \text{Si}\) | Отпоран на влагу и корозију; користи се за ливење делова мотора и предмета у влажним условима. |
Алуминијум и његове легуре се одлично коју и ваљају у танке алуминијумске фолије за домаћинство, а извлаче се и у проводне жице.
Бакар (\(\text{Cu}\)) је одличан проводник електричне струје и топлоте, па се масовно користи за електричне проводнике и каблове. Додаје се злату и сребру ради повећања њихове чврстоће.
| Легура | Основни састав | Особине и примена |
|---|---|---|
| Бронза | \(\text{Cu} + \text{Sn}\) (бакар + калај) | Велика тврдоћа, отпорност на хабање и спољашње утицаје, не варничи; израда споменика, скулптура, звона, медаља, новца и бродских делова. |
| Месинг | \(\text{Cu} + \text{Zn}\) (бакар + цинк) | Тврђи од полазних метала, лако се лије и обрађује, златно-жуте боје; кваке, браве, шарке, муниција, дувачки музички инструменти (трубе). |
Патина је зеленкасти заштитни слој базних соли бакра који настаје на површини бакра под утицајем кисеоника, влаге и угљеник(IV)-оксида из ваздуха. Она спречава даље пропадање метала, због чега се бакар користи за куполе и кровове.
Олово (\(\text{Pb}\)) је тежак, мек метал велике густине. Због високе токсичности његова употреба се данас избегава. Користи се за заштитне облоге против радиоактивног и рендгенског зрачења, муницију и риболовачке тегове.
Цинк (\(\text{Zn}\)) се највише користи за површинску заштиту гвожђа и челика (поцинковање), као састојак месинга и у фармацији/исхрани (јони цинка су важни за људски организам).
Поцинковани лимови се користе за прављење олука и кровних покривача, јер цинк ефикасно штити гвоздену основу од влаге и рђе.
Корозија је физичко-хемијски процес пропадања и оштећења метала под дејством спољашње средине (кисеоник, водена пара и други гасови из ваздуха). Најпознатији облик корозије је рђање гвожђа.
Слој рђе на гвожђу је порозан (шупљикав), па влага и кисеоник несметано продиру у дубину док метал потпуно не пропадне.
Насупрот томе, метали као што су алуминијум (\(\text{Al}\)), цинк (\(\text{Zn}\)) и олово (\(\text{Pb}\)) образују танак, компактан оксидни слој који зауставља даље пропадање метала.
Насупрот томе, метали као што су алуминијум (\(\text{Al}\)), цинк (\(\text{Zn}\)) и олово (\(\text{Pb}\)) образују танак, компактан оксидни слој који зауставља даље пропадање метала.
Основне методе заштите метала од корозије:
- Премазивање и лакирање: наношење заштитних боја, лакова и емајла који спречавају контакт са ваздухом и водом.
- Превлачење другим металом (галванизација): поцинковање или хромирање површине челика.
- Легирање: додавање других метала ради стварања нерђајућег челика.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одреди који састојци чине следеће легуре:
а) бронзу;
б) месинг;
в) челик.
а) бронзу;
б) месинг;
в) челик.
Одговор:
а) Бронза: бакар и калај (\(\text{Cu} + \text{Sn}\));
б) Месинг: бакар и цинк (\(\text{Cu} + \text{Zn}\));
в) Челик: гвожђе и угљеник (\(\text{Fe} + \text{C}\), до \(1{,}7\,\%\)).
а) Бронза: бакар и калај (\(\text{Cu} + \text{Sn}\));
б) Месинг: бакар и цинк (\(\text{Cu} + \text{Zn}\));
в) Челик: гвожђе и угљеник (\(\text{Fe} + \text{C}\), до \(1{,}7\,\%\)).
Задатак 2 (средњи): За израду трупа авиона потребни су материјали велике чврстоће, али мале масе. Зашто се за ову намену користи дуралуминијум уместо чистог алуминијума или челика?
Одговор: Чист алуминијум има малу масу, али је превише мек и нема потребну чврстоћу за носеће конструкције. Челик има велику чврстоћу, али је превише тежак. Дуралуминијум обједињује најбоља својства – има малу густину попут алуминијума, а истовремено велику чврстоћу захваљујући легирању.
Задатак 3 (тежак): Три плочице – једна од гвожђа, друга од алуминијума и трећа од поцинкованог гвожђа – остављене су дуже време на влажном ваздуху. Објасни шта ће се догодити на површини сваке плочице и упореди њихову отпорност на атмосферске утицаје.
Одговор:
1. Гвоздена плочица: Површина поприма црвенкасто-смеђу боју (рђа). Пошто је слој рђе порозан, кисеоник и влага настављају да prodiru и гвожђе ће временом потпуно пропасти.
2. Алуминијумска плочица: Реагује са кисеоником из ваздуха градећи микроскопски танак, густ и чврст слој алуминијум-оксида који потпуно штити метал од даље корозије.
3. Поцинкована плочица: Слој цинка на површини реагује са ваздухом и ствара сопствени заштитни слој, чиме спречава контакт кисеоника и влаге са гвожђем које се налази испод њега.
1. Гвоздена плочица: Површина поприма црвенкасто-смеђу боју (рђа). Пошто је слој рђе порозан, кисеоник и влага настављају да prodiru и гвожђе ће временом потпуно пропасти.
2. Алуминијумска плочица: Реагује са кисеоником из ваздуха градећи микроскопски танак, густ и чврст слој алуминијум-оксида који потпуно штити метал од даље корозије.
3. Поцинкована плочица: Слој цинка на површини реагује са ваздухом и ствара сопствени заштитни слој, чиме спречава контакт кисеоника и влаге са гвожђем које се налази испод њега.
