Legirani čelik

**Legirani čelik** je vrsta čelika u kojem odlučujući utjecaj na njegova svojstva imaju legirani 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 sa 0,3 - 0,5% ugljika. Za cementaciju upotrebljavaju se čelici sa C 2]]) 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&nbsp;°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 sa 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.

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, Fe<sub>3</sub>C 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. Ukoliko 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&nbsp;°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&nbsp;°C) započinje odvijanje transformacije α→γ, te raspad karbida prema slijedećim 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).

### Utjecaj raznih legirajućih elemenata

## Reference