Ad. I. Stale stopowe konstrukcyjne

Wprowadzenie:

stosowane są one w konstrukcjach stalowych i budowie części maszyn, pracujących w temp. ok. -40 do 300 ⁰ C(w środowisku o niewielkim działaniu korozyjnym).

Ich przydatność do określonego zastosowania ocenia się na podstawie:

• badań własności mechanicznych przeprowadzonych w temperaturze otoczenia ( względnie temp.obniżonych lub podwyższonych),przważnie z:

• badań statycznch → Rm, Re lub Rsp

• badań zmęczeniowych → Zg

• wskaźników wynikających z metod mechaniki pękania( K_IC,δ_C{COD}, J_IC)

• składu chemicznego

• hartowności

• struktury→ najkorzystniejszą kombinację wytrzymałości i ciągliwości posiadają stale o strukturze:

• martenzytu odpuszczonego i sorbitu

• bainitu

• ferrytu i perlitu

Znakowanie stali stopowych konstrukcyjnych

• _{-- --} -liczba dwucyfrowa na początku znaku stali ---[% C]

• litery (lub kilku liter) wg. tab.1 ozn. dodatki stopowe

• liczb całkowitych-podawanych po znaku literowym- określających ich stężenie, gdy ich zawartość > 2%

• mikrododatki w stalach SSPW-Nb, V, B.

• Stale łożyskowe: Ł, H- zaw. Cr (ew.S i G ozn. podw. zawartość Si i Mn)

Charakterystyka poszczczególnych grup stali

Ad.I/1. Stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości - SSPW

Zastosowanie: konstrukcje przemysłowe, statki, zbiorniki ciśnieniowe,mosty

zbrojenie betonów, nadwozia samochodów itp.

Wymagane

Własności: 1.stale spawalne- wartość równoważnika węgla CE < 0,45

(CE = C+ Mn/6 + (Cr+Mo+V)/6+(Ni+Cu)/15 [%] )

2. odp. duże Rm(>500MPa) i Re(>300MPa), {Rm/Re>0,95}

3.odp. niskie T_pk

Wymagane własności w tych stalach uzyskuje się poprzez:

1. Obniżenie zawartości C < 0,2%

2. Rozdrobnienie ziarna

3. Utwardzenie roztworu stałego (ferrytu) poprzez Mn lub utwardzenie wydzieleniowe węglikami lub węglikoazotkami mikrododatków(V,Nb,Ti)

Ze względu na skład chemiczny i strukturę stale te dzielimy na trzy grupy:

1. Zawierające Mn i mikrododatki(Al.,V,Ti,Nb) o strukturze F-P np.15G2,15G2A,18G2Anb itp.

2. Zawierające Mn(do2,5%),Si(1,5%) i mikrododatki(V,NbZr,Ce) o strukturze

F-M(tzw. Dual phase steeel)

3. stale wielofazowe np. F-M-B,odpowiadające składowi chem. gr.1 ale poddane obr. cieplno-plastycznej(Rm>600MPa,A ~30%)

Ad.I/2. Stale stopowe do ulepszania cieplnego

Zastosowanie: na elementy konstrukcji i części maszyn,podlegających dużym

obciążeniom mechanicznym np.:koła zębate,korbowody,

śruby,trzonki,oprawy narzędzi skrawających itp.

Do grupy tej należą stale o średniej zaw. C(0,25-0,5%)-decydującego o ich własnościach wytrzymałościowych-z głównymi dod. stopowymi: Mn,Cr,Si,Mo,Ni,V,W-decydujące o ich hartowności-ich zaw.<5%.

Ze względu na zawartość głównego dodatku stopowego można wyróżnić następujące grupy stali:

• manganowe,np. 30G2,35SG

• chromowe, np.20H-50H

• chromowe z dodatkami Si,Mn,Mo,V i W np. 37HS, 30HGS,40H2MF

• krzemowe np.65S2WA

Stale te stosuje się po ulepszaniu cieplnym (MARTENZYT WYSOKOODPUSZCZONY - SORBIT)

Ad.I/3.Stale konstrukcyjne stopowe sprężynowe

Zastosowanie: sprężyny i resory

Wymagania : - wys. Rsp oraz duży stos. Rsp do Re i Rm

- minimum plastyczności,aby zapobiec kruchemu pękaniu

- duża odporność na zmęczenie

Należą tu stale o zawartości C od ok. 0,5 do 0,7% z dodatkami Si i Mn(najsilniej zw.Rsp i umacniają ferryt) oraz Cr i V(zw. hartowność).

Ze względu na zawartość głównego dodatku stopowego, można wyróżnić nast. grupy stali:

• Si, np. 45S, 50S2, 60HGS

• Mn np. 65G

• Si - Mn np. 60SG

- Cr (Cr - Mn, Cr - Si, Cr - V) np.50HG,50HS,50HF

OC -HARTOWANIE I NISKIE ODPUSZCZANIE

Ponadto: powierzchnia piór resorów i sprężyn powinna być wolna od wad powierzchniowych.

Ad.I/4. Stale stopowe do utwardzania powierzchniowego

1. Stale stopowe do nawęglania

Zastosowanie: wały korbowe,korbowody,swożnie,koła zębate,tuleje,

cylindry,wały rozrządowe itp.

Wymagania: wysoka wytrzymałość i twardość warstwy wierzchniej,przy wys.

ciągliwości rdzenia

Do grupy tej należą stale niskostopowe, charakteryzujące się:

• < 0,25 % C

• Cr (1 - 2 %)

• Mn ( < 1,5 % ), Ni (, 3,5 %), Mo (~ 0,25 %) np.15H,16HG,15HGM

• oraz niekiedy mikrododatki V,Ti iW (ok.0,1%)

OC - dwukrotne hartowanie(z temp. nawęglania i >Ac₁) oraz niskiego odpuszczania < 200⁰C

2. Stale stopowe do azotowania

Zastosowanie: jak wyżej

Wymagania: wys. twardość i odporność warstwy wierzchniej na ścieranie oraz

korozję, przy zachowaniu wys. ciągliwości rdzenia

Są to stale oskładzie chemicznym zbliżonym do stali do ulepszania cieplnego:

• C 0,25 do 0,4 % (wytrzymałość)

• Cr (<0,3 %), Mo (<0,% %), Mn (<0,7 % ) {hartowność i ciągliwość rdzenia}

• Al(< 0,9 %), V, Ti (<0,25%) {twarde azotki}

OC - Hartowanie - azotowanie- wysokie odpuszczanie

Ad.I/5. Stale na łożyska toczne

Zastosowanie: elementy łożysk tocznych (twardych)

Wymagania: b. duża twardość i hartowność, przy jednoczesnej strukturze zapewniającej po hartowaniu str. martenzytyczną bez austenitu szczątkowego.

Do grupy tej należą stale o :

• C ≥ 1 %

• Cr ( ≤ 1,5 %), Mn( do 1 % ), i Si ( do 0,6 % )

• S, P( <0,027 % )

np. ŁH15, ŁH15SG

OC.. Sferoidyzacja cementytu, hartowanie z niskim odpuszczaniem( <200⁰ C) str. martenzyt odpuszczony + kuliste wydz. cementytu stopowego HRC > 62

Ad.I/6. Stale do pracy w niskich temperaturach

Zastosowanie:do pracy w temp.od otoczenia do -270⁰ C,w chemii i petrochemii,

chłodnictwie,do produkcji zbiorników do magazynowania

ciekłych gazów,w przemyśle stoczniowym lotniczym,kosmicznym

i nuklearnym itp.

Wymagania: Odpowiednia ciągliwość(T_pk)w temp. pracy (obniżonych i niskich)

W zależności od temp. pracy (T_pk), stosuje się stale:

1.do -50⁰C stale węglowe i niskostopowe(SSPW) z mikrodatkami (Nb,V,Ti)-po reg.walcowaniu w stanie normalizowanym lub ulepszanym cieplnie

Rys.1 Wpływ zawartości węgla na temperaturę przejścia w stan kruchy(T_pk)

2.od -50⁰C do -200⁰C , stale z dodatkiem Ni(2,5 - 9%),normalizowane lub

ulepszane cieplnie.

3.od -200⁰C do - 270⁰C, stale specjalne austenityczne(nie wyst. próg kruchości)

• Cr - Ni lub Cr- Ni - Mn (typu18/8) lub stopy o dużej zaw. Ni np.

invar(>36%)

(niska zaw.S,P,O,N bo podwyższają T_pk)

Rys.3.Wpływ OC i temp. badania na udarność stali zawierającej 5% Ni.

Ad.I/7.Stale do pracy w podwyższonych temperaturach

Zastosowanie: w energetyce na rury wymiennikowe, armaturę kotłów i

turbin,walczaki kotłów,do budowy turbin parowych,gazowych i

wodnych itp.

Wymagania: temp. pracy < 600⁰C,oraz odpowiednia wytrzymałość czasowa na

pełzanie (lub czasowa granica pełzania -podwyższają Cr, Mo i V)

Do grupy tej należą stale:

1. nisko i średniowęglowych (temp.pracy<400⁰C)

2.niskostopowe(<3%) i zawartości do 0,15% C

np.16M, 15HM,15HMF

3.średniostopowe(do ok.5%) i zaw. C od 0,15% do 0,3 %

np. 19G2, 20MF, 20HM, 21HMF,34HN3M (temp. pracy < 500⁰C)

4.wysokostopowe (> 5%) temp. pracy < 625⁰C

np15H11MF, 23H12MNF

OC - normalizowanie lub ulepszanie cieplne

Struktury stali:

• ferrytyczno - perlityczna

• ferrytyczno - bainityczzna

• martenzytu odpuszczonego

TAB.1.

Oznaczenia dodatków stopowych w znakach stali konstrukcyjnych

Rys.2. wpływ temp.badania i zawartości Ni na udarność stali

---