mini|Kardanski prijenos s dva kardanska zgloba i kardanskom osovinom. mini|Pužni prijenosnik. mini|Spiralna torziona opruga na alarmnom satu. mini|Jednostavni kuglični ležaj. mini|Prikaz rada četverotaktnog motora mini|Dijagram stanja (fazni dijagram) željezo – ugljik prikazuje uvjete pod kojima su razne faze čelika stabilne.
Legirani čelik je vrsta čelika u kojem odlučujući utjecaj na njegova svojstva imaju legirni elementi, tj. oni kemijski elementi koji se namjerno dodaju da bi se postigla određena svojstva. Niskolegirani čelici imaju do 5% dodanih elemenata, a visokolegirani više od 5%.
Vrste legiranih čelika Legirani čelici za poboljšanje Legirani čelici za poboljšanje imaju od 0,25 do 0,6% ugljika, a mogu biti: manganski čelici (1,2 - 1,6% Mn); koriste se za osovine i vratila. Mangan-silicijski čelici koriste se za veće zupčanike; kromovi čelici (1 - 1,5% Cr-Si); koriste se za jako opterećena koljenasta vratila i zupčanike; krom-molibdenski čelici (1% Cr; 0,2% Mo); koriste se za sitnije žilave dijelove; krom-niklovi čelici (0,6 - 1,5% Cr i 1 - 3,5% Ni); koriste se za zupčanike mjenjača, dijelove turbina koji rade na temperaturama do 500 °C.
Legirani čelici za otvrdnjavanje površine Za površinsko kaljenje koriste se Cr-Mn i Mn-Si čelici s 0,3 - 0,5% ugljika. Za cementaciju upotrebljavaju se čelici s C < 0,25% i legirani s Cr, Cr-Mn, Cr-Mo i Cr-Ni. Tako se kromovi čelici (npr. čelik 15Cr3) koriste za bregaste osovine, osovine klipova, vretena i drugih dijelova izloženih trošenju. Slično ovome i krom-niklovi i krom-manganski čelici za cementaciju upotrebljavaju se za izradu zupčanika mjenjača i diferencijala (npr. čelici 15CrNi6, 16MnCr5), a krom-molibdenski čelici za bregaste osovine, zupčanike, kardanske zglobove (npr. čelik 25CrMo4). Čelici za nitriranje (npr. 34CrAlNi7, 34CrAlMo5) postižu traženu površinsku tvrdoću (900 - 950 HV) sitno dispergiranim nitridima aluminija, kroma i molibdena, bez naknadne toplinske obrade (neophodno je prethodno poboljšanje). Ugljik se ograničava na 0,45% radi sprječavanja stvaranja karbida kroma i molibdena, koji imaju manju tvrdoću nego nitridi. Nitriranju se podvrgavaju cilindri motora i pumpi, zupčanici, kalupi za lijevanje pod pritiskom, alati za prešanje, probijači i sl.
Čelici za opruge Čelici za opruge trebaju imati visoku granicu razvlačenja, zadovoljavajuću istezljivost, te odgovarajuću dinamičku izdržljivost (npr. opruge automobila, odbojnici vagona, oslonci temelja strojeva). Posebno se za neke primjene traži otpornost na koroziju i povišene temperature. Tražena svojstva postižu se hladnom deformacijom (valjanje, vučenje) ili toplinskom obradom. Svojstva elastičnosti poboljšava dodatak 0,15 - 1,8% silicija, a prokaljivost se kod većih presjeka povećava dodacima 1% mangana ili 1% kroma. Tako se npr. čelik 38Si7 primjenjuje za podloške i opruge, 51Si7 za stožaste vagonske opruge, spiralne vagonske opruge, 67SiCr5 za spiralne opruge za udarna opterećenja, torzione opruge, opruge ventila, 50CrV4 za najopterećenije opruge vozila. "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
Čelici za valjne ležajeve Čelici za valjne ležajeve trebaju imati veliku tvrdoću i otpornost na trošenje, sposobnost obradljivosti rezanjem i deformiranjem, dobru prokaljivost uz minimalnu deformaciju. To su uglavnom kromovi čelici s visokim sadržajem ugljika i najviše čistoće (sastava 1% C i 0,50 - 1,50% Cr). Toplinska obrada se sastoji od kaljenja s 850 °C u ulju i niskog popuštanja (160 °C).
Čelici za niske temperature Čelici za rad pri niskim temperaturama sadrže nikal ili mangan i nizak sadržaj ugljika (0,1 - 0,15%). Pri 3 - 5% nikla, temperatura prelaska u krhko stanje je na oko -100 °C, a pri 8 - 10% nikla na oko -200 °C. Uglavnom služe za izradu transportnih i stacionarnih spremnika za suhi led (CO2) ili tekući metan (CH4). Za rad na još nižim temperaturama (npr. za skladištenje i transport tekućih tehničkih plinova) koriste se austenitni Cr-Ni čelici s niskim sadržajem ugljika ili Cr-Mn-Ni-N-čelici.
Čelici za ventile motora Čelici za ventile motora s unutarnjim izgaranjem izloženi su pri radu visokim temperaturama (do 900 °C) i cikličkim promjenama temperature. Stoga moraju zadržati dobra mehanička svojstva na povišenim temperaturama i da budu vatrootporni. Najčešće se primjenjuju visokolegirani kromovi čelici X45CrSi19-3 (0,40% C; 3,2% Si; 9,0% Cr), X45CrMoV15 (0,5% C; 16,5% Cr; 2,0% Mo), a za najopterećenije ventile X6CrNiMoTi17/12/2 (0,45% C; 1,5% Si; 14,5% Cr; 1,3% Ni i 3% W). Za slabije opterećene usisne ventile može odgovarati čelik 67Si7 (0,6% C; 1,7% Si i 0,7-1% Mn).
Čelici povišene čvrstoće
Čelici povišene čvrstoće ili mikrolegirani čelici razvijeni su posljednjih tridesetak godina s ciljem da se smanji masa konstrukcije: mostova, brodova, spremnika, cisterni, cijevi pod tlakom sl. Tehnologija mikrolegiranja omogućila je proizvodnju nove kategorije čelika, koji predstavljaju konvencionalne ugljične čelike s minimalnim dodacima legirajućih elemenata (manje od 0,50%), radi povećanja granice razvlačenja, čvrstoće i tvrdoće. Prvi put je ova tehnika bila primijenjena na čeličnim limovima. Znatno kasnije mikrolegiranje je iskorišteno za proizvodnju šipki da bi se izbjegla toplinska obrada poslije kovanja. Posebno je važna primjena ovih čelika za transportna sredstva gdje smanjenje mase direktno utječe na moguće opterećenje. Trenutno se čelici povišene čvrstoće isporučuju u svim standardnim valjanim oblicima kao što su: limovi, trake, ploče, nosači, šipke i specijalni profili. Za ove čelike karakteristična je anizotropija mehaničkih svojstava, jer se obradljivost deformiranjem i čvrstoća znatno mjenjaju u odnosu na smjer valjanja.
Utjecaj legirajućih elemenata u čeliku Najčešći legirajući kemijski elementi prisutni u čelicima su krom, nikal, mangan, silicij, volfram, vanadij i molibden. U posebnim slučajevima čelik se može legirati kobaltom, titanijem, aluminijem, niobijem i dr. Legirajući elementi se u čeliku pojavljuju: otopljeni u α-željezu (ferit) ili γ-željezu (austenit); kao spojevi (karbidi, intermetalni spojevi); kao nemetalni uključci (oksidi, nitridi, sulfidi, fosfidi). Poznato je da niti jedna skupina materijala ne može legiranjem toliko mijenjati svojstva kao čelik. Čeliku se dodaju određeni elementi kako bi se postiglo željeno svojstvo ili kombinacija svojstava gotovog proizvoda. "Tehnička enciklopedija", glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.
S obzirom na afinitet prema ugljiku, legirajući elementi se mogu podijeliti na karbidotvorce (npr. krom, volfram, molibden, vanadij, titan, niobij, tantal) i nekarbidotvorce (npr. nikal, mangan, kobalt). Karbidotvorci se najčešće spajaju s ugljikom u karbide Cr7C3, Cr23C6, W2C, WC, Mo2C, VC, V4C3, TiC, TaC, NbC, Fe3C i dr., ali mogu također dijelom supstituirati u kristalnu rešetku željeza te stvarati intermetalne spojeve (npr. FeCr, Fe2Mo i dr.).
Prema utjecaju na dijagram stanja Fe-C, legirajući elementi se dijele na one koji proširuju područje austenita, pa se nazivaju gamageni elementi i one koji proširuju područje ferita, pa su to alfageni elementi. Područje austenita uglavnom proširuju nikal, mangan, kobalt itd. Legure s više od 10% Ni nemaju potpune transformacije γ→α, tj. više ne ispunjavaju potpuno jedan od uvjeta kaljivosti, pa nisu potpuno zakaljive. Legure koje sadrže više od 60% Ni nisu uopće zakaljive, pa i pri sobnoj temperaturi (ili ispod nje) ostaju austenitne.
Legirajući elementi koji proširuju područje ferita najčešće su krom, volfram, molibden i vanadij. Analizira li se dijagram stanja Fe-Cr, može se zaključiti da mogućnost transformacije γ→α postoji samo u legurama koje sadrže ispod 10% kroma, tj. samo takve legure ispunjavaju jedan od nužnih uvjeta kaljivosti. Međutim, u oba slučaja (Fe-Ni i Fe-Cr) u obzir nije uzet sadržaj ugljika koji je važan čimbenik za pojavu zakaljivosti. Ako bi se u obzir uzeo i utjecaj ugljika tada bi se binarni dijagram stanja Fe-Le (Le – legirajući element) pretvorio u ternarni dijagram Fe-C-Le. Istovremenim legiranjem s nekoliko legirajućih elemenata njihovo djelovanje na dobivanje ferita ili austenita se ne zbraja (npr. legura s 18% Cr i 7% Ni pri 20 °C je austenitna, a ne feritna, kako bi se moglo zaključiti s obzirom na visoki sadržaj kroma).
Tijekom sporog zagrijavanja čelika pri temperaturi Ac1 (723 °C) započinje odvijanje transformacije α→γ, te raspad karbida prema sljedećim jednadžbama: legirani čelik: [LeC] → [Le] + [C] nelegirani čelik: [Fe3C] → 3[Fe] + [C]
Utjecaj nečistoća na čelik Prema sadržaju fosfora i sumpora, kao i prema čistoći, čelici su podijeljeni u tri kvalitetne grupe: obični čelik (ukupno P i S max. 0,100%), kvalitetni čelik (P i S maksimalno po 0,045%) i plemeniti čelik (P i S maksimalno po 0,035 % ili 0,030 %).
Korisni i štetni elementi za čelik Elementi koji ulaze u sastav čelika mogu se podijeliti na: korisne elemente: legirajući elementi (Cr, Ni ,Mo, Cu, W, V, Al ,Ti ), štetne elemente: ostaci troske u čeliku (Si, Mn, P, S, N, H, O, te nemetalni uključci). "Specijalni čelici", skripta - Sveučilište u Zagrebu, simet.unizg.hr, 2011.
Utjecaj raznih legirajućih elemenata