Klasyfikacja

STOPY ŻELAZA
Definicje

Stal - stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi, zawierający do ok. 2 % węgla, otrzymany w procesach stalowniczych, przeznaczony na półwyroby i wyroby przerabiane plastycznie.

Stal węglowa (niestopowa) - stal niezawierająca specjalnie wprowadzonych dodatków stopowych, jedynie węgiel i ograniczoną ilość pierwiastków pochodzących z rudy i procesu hutniczego.

Stal stopowa - stal zawierająca pierwiastki stopowe, wprowadzone w celu zmiany właściwości w określonym kierunku.

Staliwo - stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi, zawierający do ok. 2 % węgla, otrzymany w procesach stalowniczych, przeznaczony na odlewy.

1 Wpływ węgla na właściwości mechaniczne stali

2 Wpływ węgla na mikrostrukturę stali

STALE NIESTOPOWE
Podział

W zależności od zastosowania:

• Konstrukcyjne (do ok. 0,85%C)

• Narzędziowe (0,6-1,3%C)

• O szczególnych właściwościach

W zależności od zawartości zanieczyszczeń (siarki i fosforu):

• Zwykłej jakości, P = 0,050% masy max., S = 0,050% masy max.

• Wyższej jakości, P = 0,040% masy max., S = 0,040% masy max.

• O określonym przeznaczeniu, w którym dopuszczalne zawartości zanieczyszczeń określają normy

3 Wielkość ziarna w stali

Wielkość ziarna ma duży wpływ na właściwości mechaniczne. Duże ziarno obniża właściwości mechaniczne, zwłaszcza udarność i granicę plastyczności.

4 Schemat obróbki cieplnej wyżarzania

Wyżarzanie normalizujące (normalizacja)

Parametry: 30-50şC powyżej A₁ lub A_cm, 1-2 min./mm² przekoju, studzenie w spokojnym powietrzu.

Mikrostruktura po wyżarzaniu: drobnoziarnista, jednakowa na przekroju.

Właściwości mechaniczne po wyżarzaniu: wyraźnie wyższa granica plastyczności i udarność, niewielki wzrost pozostałych właściwości.

Cel:

• Usunięcie skutków przegrzania,

• Ujednorodnienie struktury wyrobów hutniczych,

• Ujednorodnienie struktury w wyrobach spawanych,

• Zapewnienie powtarzalności wyników obróbki cieplnej w produkcji seryjnej poprzez nadanie jednolitej struktury wyjściowej.

Hartowanie i odpuszczanie

Hartowanie polega na nagrzaniu stali do temperatur występowania austenitu, wygrzaniu i szybkim chłodzeniu (w wodzie).

Przemiana austenit → perlit przy szybkim chłodzeniu zostaje zahamowana; ma miejsce tylko przemiana alotropowa γ → α, a całość węgla rozpuszczonego w austenicie pozostaje w sieci ferrytu. Powstaje martenzyt - przesycony roztwór węgla w

Fe α.

5 Pasmo prawidłowych temperatur hartowania i nieprawidłowe temperatury T1-T10

Efektem zniekształcenia sieci Fe α są naprężenia wewnętrzne powodujące bardzo dużą twardość, wytrzymałość i niską plastyczność martenzytu.

Po hartowaniu stosuje się zawsze odpuszczanie, czyli nagrzanie stali do temperatur niższych od temperatury występowanie austenitu, wygrzaniu i chłodzeniu w spokojnym powietrzu.

6 Wpływ temperatury odpuszczania na właściwości zahartowanej stali z 0,4%

Odpuszczanie przeprowadza się w celu:

• Usunięcia naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu jak najwyższej twardości i odporności na ścieranie (150-250C). Jest to odpuszczanie niskie, które stosuje się do narzędzi.

• Uzyskania jak największej granicy sprężystości przy względnie dobrej plastyczności (250-500C). Jest to odpuszczanie średnie, które stosuje się do sprężyn i resorów.

• Uzyskania optymalnego zespołu właściwości mechanicznych: wysokiej wytrzymałości i plastyczności (500-650C). Jest to odpuszczanie wysokie, któremu poddaje się stale konstrukcyjne o zawartości 0,25-0,45% C, z których wytwarza się części maszyn takie jak: sworznie, tuleje, wały korbowe, sprzęgła, osie. Hartowanie i wysokie odpuszczanie nazywa się ulepszaniem cieplnym.

Hartowanie powierzchniowe

W wypadku części maszyn podlegających obciążeniom dynamicznym, takich jak: walce hutnicze i papiernicze, koła kolejowe, kowadła, małe matryce, bijaki młotów mechanicznych, większą trwałość zapewnia duża twardość i odporność na ścieranie tylko warstwy wierzchniej elementu przy rdzeniu mniej twardym i wytrzymałym, ale bardziej ciągliwym. Takie właściwości zapewnia hartowanie powierzchniowe.

Zasadniczym warunkiem hartowania powierzchniowego jest szybkie intensywne nagrzewanie. Ilość energii cieplnej doprowadzana w jednostce czasu musi być dużo większa od ilości, jaka może przenikać w głąb elementu. Również chłodzenie musi być dostatecznie intensywne, aby przeważająca ilość ciepła zgromadzona w warstwie wierzchniej została odprowadzona przez ośrodek chłodzący.

Orientacyjne właściwości: np. w wypadku stali z 0,4 % C twardość powierzchni i rdzenia: 500 HB i 180HB, głębokość warstwy zahartowanej: 2 mm.

Hartowność - zdolność stali do hartowania; zależy głównie od składu chemicznego stali. Im więcej węgla zawiera stal, tym większa jest jej hartowność. Hartowność zwiększają pierwiastki stopowe: Ni, Cr, Mn, Mo.

Miara hartowności - głębokość warstwy zahartowanej.

STALE NIESTOPOWE
konstrukcyjne

Stale konstrukcyjne - stosowane w budownictwie oraz budowie urządzeń i maszyn pracujących w środowiskach mało agresywnych.

Obliczenia konstrukcyjne bazują na granicy plastyczności. Im większa jest zawartość C, tym większa jest granica plastyczności i zdolność stali do przenoszenia obciążeń.

Zastosowanie zależne od zawartości C:

0,10% blachy do głębokiego tłoczenia (np. karoseryjne)

0,20% części rowerowe, rurociągi

0,20-0,35 konstrukcje mostów, zbiorników, budynków

0,25-0,45 części maszyn w stanie normalizowanym lub ulepszonym

cieplnie, np. sworznie, tuleje, wały korbowe, sprzęgła, osie

0,55-0,65 części maszyn o dużej odporności na ścieranie, np. ślimaki

i koła zębate hartowane powierzchniowo lub ulepszane

cieplnie

STALE NIESTOPOWE
narzędziowe

Stale narzędziowe - przeznaczone do wyrobu narzędzi do kształtowania i dzielenia materiałów, zwykle w temperaturze pokojowej lub do 250şC.

Wymagane cechy: twardość i odporność na ścieranie

Obróbka cieplna: hartowanie i niskie odpuszczanie

Zawartość C: większa niż w stalach konstrukcyjnych

Zastosowanie zależne od zawartości C:

0,6% siekiery, narzędzia ślusarskie, murarskie, szewskie

0,7% młotki, śrubokręty, narzędzia kowalskie

>0,9% noże do cięcia blach, piły, wiertła, narzędzia grawerskie, pilniki, igły, brzytwy, narzędzia do obróbki kamienia

STALE STOPOWE
Podział

W zależności od zastosowania:

• Konstrukcyjne

• Narzędziowe

• O szczególnych właściwościach

STALE STOPOWE
konstrukcyjne

Większość stali - to stale niskostopowe, zawierające do ok. 5% pierwiastków stopowych.

Stale stosuje się zawsze w stanie obrobionym cieplnie, często hartowanym i odpuszczonym.

Pierwiastki stopowe zwiększają hartowność stali, co pozwala na stosowanie łagodniejszych, bardziej korzystnych ośrodków chłodzących (mniejsze naprężenia).

Grupy stali, np.: do ulepszania cieplnego (Cr, Ni, Mn), sprężynowe (Si), na łożyska toczne (Cr i C=1%)

Obliczenia konstrukcyjne bazują na granicy plastyczności. Stale stopowe maja wyższą granicę plastyczności niż niestopowe, co pozwala na wykonanie lżejszych konstrukcji i oszczędność materiału.

STALE STOPOWE
narzędziowe

Przeznaczone na narzędzia:

• Do pracy na zimno (< 250°C)

• Do pracy na gorąco (<600°C)

• Skrawające z dużą szybkością przy temperaturze <650°C

Skład chemiczny stali:

C 0,2 - 1,4%

Cr 12% max.

W 18% max.

Co 10% max.

Mo 10% max.

V 4% max.

Pierwiastki stopowe zapewniają dużą hartowność, dużą twardość i zachowanie dużej twardości podczas pracy w podwyższonej temperaturze.

STALE STOPOWE
o szczególnych właściwościach

Stale odporne na korozję

Zawartość Cr > 13%. Przy

takiej zawartości Cr na

powierzchni stali powstaje

warstwa pasywna,

zbudowana z tlenków Cr i

Fe, o zwartej budowie,

spójna z podłożem,

odnawiająca się, chroniąca

metal przed korozją, tak

jak np. powłoka malarska

Skład chemiczny:

C 0,03 - 0,4%

Cr 13 - 30%

Ni 0 - 30%

Stale kwasoodporne:

Przy dużej zawartości Cr i Ni, np. 18% Cr i 9% Ni stale mają strukturę austenitu stopowego o dużej odporności na działanie kwasów nieorganicznych i organicznych.

Zastosowanie:

Narzędzia chirurgiczne, pomiarowe, części maszyn i urządzeń w przemyśle chemicznym, spożywczym, rafineryjnym, petrochemicznym, papierniczym, sprzęt w gospodarstwach domowych.

Stopy żelaza

Klasyfikacja, definicje

Strona 10 z 10

Stopy żelaza

Stale niestopowe

Stopy żelaza

Stale niestopowe - wyżarzanie

Stopy żelaza

Stale niestopowe - hartowanie i odpuszczanie

Stopy żelaza

Stale niestopowe konstrukcyjne

Stopy żelaza

Stale niestopowe narzędziowe

Stopy żelaza

Stale stopowe - konstrukcyjne, narzędziowe

Stopy żelaza

Stale stopowe o szczególnych właściwościach

---