Metallene kjennetegnes mekanisk ved at de kan være meget duktile. Konstruksjonsmetaller har alltid en viss duktilitet og dermed seighet.

Transkript

1 Metall-A 1 Metaller Metallene kjennetegnes mekanisk ved at de kan være meget duktile. Konstruksjonsmetaller har alltid en viss duktilitet og dermed seighet. Kjemisk er metaller kjennetegnet ved at de består av atomer bundet til hverandre av metallbindinger. Metallbindingene er ikke rettede, de er like sterke selv om atomer flytter seg litt i forhold til hverandre, som ved plastisk deformasjon. Metallene har oppstått ved størkning av smelter og har krystallinsk oppbygning. Krystallene har ved størkning vokst tett sammen og betegnes korn. De fleste bruksmetaller er utsatt for korrosjon.

2 Metall-A 2 Metallbinding, krystaller Metallbindinger Bindingsformen oppstår i metaller. Ett eller flere av hvert metallatoms valenselektroner avgis til en elektronsky eller gass. Denne flyter fritt mellom ionene (metallatomer som har avgitt ett Metaller består av krystaller, ofte kalt korn. Et krystall er en nøyaktig repetert romslig plassering av enhetene (metallatomer). Metaller har vært smeltet. Kornene vokser frem i smelten til alt er størknet. Kornene møter hverandre i korngrenser

3 Metall-A 3 Metallenes indre Atomært stoff Metallbinding Krystallinsk 3 aktuelle krystallsystemer: fcc, bcc og hcp dette gir forskjellige egenskaper Forskjellig herdetilstand herde metall = øke flytegrensen Forhold vedr. krystallene som har betydning for plastisk flyt og herdetilstand både fra naturlige urenheter, tilsatte legeringselementer, mekaniske og termiske påvirkninger (ønsket eller uønsket / med på kjøpet )

4 bcc Metall-A 4 Jern (Fe, stål) i kald tilstand (<ca 720 C) Krom Titan i varm tilstand (>ca 800 C) m.fl.

5 Metall-A 5 fcc (tettpakket) Jern (Fe, stål) i varm tilstand (> C) Aluminium, Al Sølv, Ag Gull, Au Nikkel, Ni mange flere.. de mest duktile Se også mtrbearb/kulemodeller/kulemod.h tm

6 Metall-A 6 hcp (tettpakket) Sink, Zn Magnesium, Mg Titan i kald tilstand (<ca 800 C) m.fl.

7 Metall-A 7 Plastisk flyt Plastisk flyt skjer ved skjærdeformasjon I metaller skjer dette ved glidning langs atomplan Plastisk flyt skjer lettest langs tette plan fcc-metaller i ren tilstand er svært duktile (jfr. 24 karat gull). bcc- og hcp-metaller blir ikke så duktile En heving av flytegrensen betegnes herding Herding senker duktiliteten For høy grad av herding fører til sprø oppførsel

8 Metall-A 8 Om faser Et glass med oljefase og vannfase Myk, ulegert aluminium som er polert og bøyd. Legeringen har to faser, Al-fase og FeAl 3 -fase. (Differensialinterferenskontrast, ca 100x, RA 1999)

9 Metall-A 9 Fasediagram - Gull-sølv lv L = smelte (Likvidus) Alle korn (krystaller) er like, uansett blandingsforhold (alle krystaller har fccstruktur)

10 Metall-A 10 Størkning, fasetransformasjon L = smelte (Likvidus) S = fast stoff (Solidus) T 1 L T i T f S L+S likviduslinje Smelten anrikes på legeringselement. I noen legeringssystemer kan dette føre til en eutektisk reaksjon = danne et finfordelt aggregat av to faser. Dette kalles et eutektikum. A C1 CS C 0 CL C f soliduslinje % B Et eutektikum har lavere smeltepunkt enn komponentfasene

11 'Tid' 0 S --- T T 0 C tot L Eutektisk reaksjon Eutektisk fasediagram Eutektisk størkning Metall-A 11 T 1 min C 1S T 1 C tot 2 min C 2S T 2 C 2L T 1 α T 2 α + L T E T 0 α + β L E β 3 min CE α T + E C E C1S C 2S CE α Ctot C2L CE CE β % 4 min CE α T E CE β % 0 Eutektikum RA 2003

12 Stålfremstilling, Masovn Metall-A 12 Malm (Fe 3 O 4 ) + kullpulver + slaggmineraler = pellets Pellets + mer kull + varm luft (800 C): C + O 2 = CO 2 CO 2 + O 2 = CO CO + Fe 3 O 4 = CO 2 + Fe Temperaturen er økt til ca 1400 C jern med 4,3 % C er flytende ( råjern ). Dette er et eutektikum. Rent jern danner 3 krystallformer C (smp): δ-ferritt (bcc) C: austenitt (γ-fase, fcc). Denne er meget duktil (smibar) < 900 C: ferritt (α-fase, bcc) Transformasjonstemperaturene påvirkes sterkt av C-innholdet esize/chemistry/usefulproductsrocks/i ron_blastfurnacerev3.shtml

13 Jern-karbon fasediagrammet Metall-A 13 Smelte: full blandbarhet, gassene N og O løses også (atomært) γ-fase (fcc, austenitt), løser opp til 2 % C α-fase (bcc, ferritt), løse ikke C κ-fase (kjemisk bestanddel, Fe 3 C, cementitt, 6,67 vekt% C) Den eutektoide (eutektisklignende) strukturbestanddelen med uegentlige krystaller (plater / lameller) av α og κ betegnes perlitt Normalt lav-karbonstål (< 0,8 %) vil bestå av ferritt-krystaller og områder av perlitt

14 Metall-A 14 Stål, oksygen blåsing (LD konverter)

15 Metall-A 15 Stål-delen av jern-karbon fasediagrammet Ved 0,8 % C og 723 C har vi den eutektoide reaksjonen: γ= α + κ Eutektoidet kalles perlitt Konstruksjonsstål er undereutektoide (< 0,8% C) Kornstrukturen består av korn av ferritt og kolonier av perlitt

16 Metall-A 16 Mikrostruktur i stål l ( normal( normal-struktur ) Stål med ferritt-perlitt struktur det lyse er korn (krystaller) av ferritt. Det mørke er perlitt (200 X) RA 2000 Perlitt, det lyse er α-mikrofase det mørke er κ-mikrofase (1000 X)

17 Metall-A 17 Strengstøping og varm- valsing Varmvalsede produkter er formet i austenitt-tilstand og kjøles deretter under normal transformasjon. Strukturen i varmvalsede produkter er følgelig ferritiskperlittisk

18 Metall-A 18 Stålprodukter

19 Stålprodukter Metall-A 19

20 Metall-A 20 Stålprodukter EN er aktiv stålstandard (Europeisk) S235 betyr f y = 235 MPa JR og JRG2 er forskjellige andre prøvingskrav st 37 er iht DIN , som er en eldre, tysk standard, tilbaketrukket. Stålene er konstruksjonsstål, dvs. optimalisert ytelse i forhold til pris/tonn (med dagens teknologi) Konstruksjonsstål skal være duktile og sveisbare og ha spesifisert fasthet ca 0,2 % C: det lønner seg ikke å fjerne mer ca 1 % Mn: binder til seg og uskadeliggjør svovel-rester ca 0,25 % Si: binder til seg oppløst oksygen og bidrar til tetting = fjerning av gassblærer Al: binder evt. nitrogen og gir partikler som gir kornstørrelseskontroll (finkorn-stål) DOMEX : Fabrikknavn på ståltype fra SSAB

21 Metall-A 21 Stålprodukter A5: et duktilitetsmål. Brutto prøvestykkeforlengelse gjennom strekkprøvingen Slagseighet: Et uttrykk for stålets følsomhet for kuldesprøhet. Måles f.eks. med Charpy-testen Temperaturkravet ved slagseighet inngår i J-betegnelsen i NS-EN 10025

22 Metall-A 22 Armeringsstål Krav både strekkfasthet og bøyelighet (duktilitet) ved bøyeprøving Stålene er fremstilt ved valsing med underveis-varmebehandling (varming og vannkjøling forskjellige steder i prosessen) Det er valset inn tenner, kamstål, for å bedre festet til betongen RA2003 Eksempel: Celsa Steelservice B500C Tempcore (tidligere Fundia Rautoruukki)

23 Metall-A 23 Aluminium Al 2 O 3 = 2Al O 2- - smelte Al e - = Al smeltet metall Dvs. det brukes store mengder elektrisk energi ved fremstillingen Al-metallet legeres, støpes til blokker og presses til profiler eller valses til plater Vanligst i bygg: AlMg-plater og AlMgSi-profiler og plater

24 Metall-A 24 Aluminiumprodukter Aluminium har alltid fcc-struktur. De fleste Al-produkter foreligger i en eller annen herdet tilstand. Eks. EN AW 6082 T6: EN = Euronorm, AW = Al-wrought (knadd, formet), 6082 = se forrige tabell, T6 = en varmebehandlingstilstand som har gitt herding.

25 Metall-A 25 Aluminiumprodukter