Politechnika Śląska

SPRAWOZDANIE

Temat: Stale konstrukcyjne.

Adam Troszka

M-20

Stale węglowe konstrukcyjne można podzielić ogólnie w zależności od
zawartości zanieczyszczeń na trzy klasy:

— stale zwykłej jakości o P_max = 0,050% i S_max = 0,050%,

— stale o wyższej jakości o P_max = 0,040% i S_max = 0,040%,

— stale o określonym przeznaczeniu i szczególnych własnościach, w których zawartość P_max i S_max określają szczegółowe warunki.

Stale węglowe konstrukcyjne zwykłej jakości ogólnego przeznaczenia
wytwarzane są w postaci walcowanych na gorąco lub kutych kęsów, prętów, kształtowników, bednarki, taśmy ciętej, blach walcowanych na gorąco w kręgach oraz blach grubych i uniwersalnych. W zależności od składu chemicznego i wymaganych własności mechanicznych rozróżnia się 7 podstawowych gatunków stali: St0S, St2S, St3S, i St4S (przeznaczone na konstrukcje spawane) oraz St5, St6 i St7.

W gatunkach St3S i St4S rozróżnia się odmiany:

— z ograniczoną zawartością węgla (w oznaczeniu litera V zamiast litery S),

— z ograniczoną zawartością węgla oraz fosforu i siarki (w oznaczeniu litera W zamiast litery S).

Stale węglowe zwykłej jakości są produkowane jako: nieuspokojone, półuspokojone, uspokojone oraz specjalnie uspokojone (drobnoziarniste).

Sposób odtleniania stali St0S jest dowolny (wg uznania wytwórcy), zaś
stal St2S produkuje się tylko jako nieuspokojoną. Gatunki St3S i St4S, a także ich odmiany V są nieuspokojone, odmiany W zaś tylko specjalnie uspokojone (drobnoziarniste). Gatunki St5, St6 i St7 są uspokojone. Na końcu znaku stali, z wyjątkiem gatunków St0S i St2S, dodaje się przy stalach nieuspokojonych literę X, a przy stalach półuspokojonych literę Y.

Stale St3S i St4S o wymaganej udarności (na próbkach Mesnagera) w temperaturze ok. 20°C oznacza się dodatkowo literą U, o wymaganej udarności po starzeniu literą J, a o wymaganej udarności w temperaturze -20^oC literą M.

Stal St3V i St4V o wymaganej udarności przy temperaturze 0°C (na próbkach ISO-Charpy V) oznacza się dodatkowo literą C, a St3W i St4W o wymaganej udarności przy temperaturze -20°C (na próbkach ISO-Charpy V) dodatkowo literą D. Zawartość dodatków stopowych, np. zawartość manganu określa się w zależności od rodzaju gotowego wyrobu hutniczego i jego grubości. W stalach St2S i St3S (wszystkie odmiany) zawartość Mn nie przekracza 1,1%).

Zawartość chromu, niklu i miedzi nie przekracza po 0,3% każdego ze składników. Natomiast zawartość arsenu, ze względu na powodowany przez ten pierwiastek przyrost kruchości, nie powinna przekraczać we wszystkich stalach
0,08%). Zawartość azotu, powodująca zwiększenie skłonności stali do starzenia, nie powinna przekraczać 0,008% w stali nieuspokojonej, 0,010% w stali półuspokojonej i uspokojonej i 0,015% w stali wytapianej w piecach elektrycznych. Ponadto stale: St0S, St2S, St3SX, St3SY i St3S, St4SX, St4SY i St4S mogą zawierać 0,25-0,4% Cu, co przyczynia się do polepszenia ich odporności na korozję atmosferyczną. Stale te oznacza się wówczas odpowiednio: St0SCu, St2SCu, St3SCuX, St3SCuY, St3SCu, St4SCuX, St4SCuY i St4SCu.

Skład chemiczny stali węglowych konstrukcyjnych zwykłej jakości ogólnego przeznaczenia (wg PN-72/H-84020)

Znak stali	Zawartość %
		C	Si	P maks.	S maks.	Al. met.
St0S	0,23 maks.	-	0,07	0,06	-
St2S	0,15 maks.	0,07 maks.	0,05	0,05	-
St3SX St3SY St3S	0,22 maks.	0,07 maks.	0,05	0,05	-
							0,05 0,17
						0,15 0,35			na żądanie min 0,02
		St3VX St3VY St3V			0,2 maks.	0,07 maks.	0,05	0,05	-
						0,05 0,17
						0,15 0,35
St3W	0,17 maks.	0,15 0,35	0,045	0,045	min.0,02
St4SX St4SY St4S	0,25 maks.	0,07 maks.	0,05	0,05	-
							0,05 0,17
							0,15 0,35
		St4VX St4VY St4V				0,22 maks.	0,07 maks.	0,05	0,05	-
							0,05 0,17
							0,15 0,35
St4W	0,2 maks.	0,15 0,35	0,045	0,045	min.0,02
St5	ok.0,35	ok.0,2	0,05	0,05	-
St6	ok.0,45	ok.0,2	0,05	0,05	-
St7	ok.0,55	ok.0,2	0,05	0,05	-

Stale węglowe konstrukcyjne wyższej jakości ogólnego przeznaczenia

nadają się do wyrobu części maszyn i urządzeń. Stosuje się je w stanie normalizowanym, ulepszonym cieplnie, po hartowaniu powierzchniowym lub po nawęglaniu. Kontroluje się ich skład chemiczny i własności wytrzymałościowe. Stale wyższej jakości różnią się od stali konstrukcyjnych węglowych zwykłej jakości staranniejszymi metodami wytwarzania, większym stopniem czystości i dokładniejszą kontrolą wyrobu; wykazują wyższe i bardziej jednolite własności. Znakowanie stali wyższej jakości oparte jest na zawartości węgla: znak stanowi liczba dwucyfrowa określająca średnią zawartość węgla w setnych procenta. Stale o podwyższonej zawartości manganu oznacza się dodatkową literą G. Własności wytrzymałościowe stali wyższej jakości podlegają sprawdzeniu po normalizowaniu lub po ulepszaniu cieplnym. Udarność oznacza się na próbkach Mesnagera. Własności wytrzymałościowe ulegają podwyższeniu po ulepszaniu cieplnym. Stale nieuspokojone (08X, 10X i 15X) są dostarczane wówczas jako półuspokojone z zawartością maksymalną 0,12-0,17% Si (08Y, 10Y i 15Y) i uspokojone (08, 10 i 15), zaś stal (20) jest wytwarzana jako półuspokojona (20Y) i uspokojona (20).

Ze stali 08X wyrabia się przeważnie blachy do tłoczenia na zimno. Stale 10, 15, 20, 15G i 20G stosowane są do nawęglania. Po prawidłowo przeprowadzonych zabiegach tej obróbki cieplno-chemicznej wykazują zwiększoną twardość w warstwach zewnętrznych, przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Stale o średniej zawartości węgla 25, 30, 35, 40, 45 są używane na części maszyn w stanie normalizowanym. Stale 55, 60, 65 stosuje się na ogół na części maszyn o podwyższonej wytrzymałości oraz odporności na ścieranie, jak np. koła zębate, ślimaki, mimośrody itp. Stale te, jak również stal 45, mogą być stosowane w stanie ulepszonym cieplnie, a także mogą być poddawane hartowaniu powierzchniowemu, przez co można uzyskać twardość powierzchniową

50-62 HRC, zależnie od zawartości węgla. Stale z powiększoną zawartością

0,7-1,0% Mn, tj. stale 45G, 50G i 60G, mają nieco większą hartowność i są hartowane w oleju. Stal 65 bywa także stosowana jako stal sprężynowa i na proste narzędzia ślusarskie.

Skład chemiczny stali węglowych konstrukcyjnych wyższej jakości ogólnego przeznaczenia (wg PN-75/H-84019)

Znak stali	Skład chemiczny %
		C	Mn	Si	Pmax	Smax	Crmax	Nimax	Cumax
08X	0,05-0,11	0,25-0,5	max.0,04	0,04	0,04	0,15	0,25	0,25
08Y*	0,05-0,11	0,35-0,65	max.0,12	0,04	0,04	0,15	0,25	0,25
08	0,05-0,11	0,35-0,65	0,17-0,37	0,035	0,04	0,15	0,25	0,25
10X	0,07-0,14	0,25-0,5	max.0,04	0,04	0,04	0,2	0,3	0,3
10Y*	0,07-0,14	0,35-0,65	max.0,17	0,04	0,04	0,2	0,3	0,3
10	0,07-0,14	0,35-0,65	0,17-0,37	0,04	0,04	0,25	0,3	0,3
15X	0,12-0,19	0,25-0,5	max.0,07	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
15Y*	0,12-0,19	0,35-0,65	max.0,07	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
15	0,12-0,19	0,35-0,65	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
20Y*	0,17-0,24	0,35-0,65	max.0,17	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
20	0,17-0,24	0,35-0,65	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
25	0,22-0,3	0,5-0,8	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
30	0,27-0,35	0,5-0,8	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
35	0,32-0,4	0,5-0,8	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
40	0,37-0,45	0,5-0,8	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
45	0,42-0,5	0,17-0,37	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
55	0,52-0,6	0,17-0,37	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
60	0,57-0,65	0,17-0,37	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
65	0,62-0,7	0,17-0,37	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
15G	0,12-0,19	0,17-0,37	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
20G	0,17-0,24	0,17-0,37	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
45G	0,42-0,5	0,17-0,37	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
50G	0,48-0,56	0,17-0,37	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3
60G	0,57-0,65	0,17-0,37	0,17-0,37	0,04	0,04	0,3	0,3	0,3

*-stale te mogą być uspokojone za pomocą Al (Al met. min. 0,02%) lub innymi mikrododatkami (Ti lub V) w odpowiedniej zawartości. Ponadto we wszystkich stalach nie powinna być przekroczona zawartość Mo 0,1% i As 0,08%.

Stale o określonym przeznaczeniu i szczególnych własnościach.

Oprócz omówionych już stali konstrukcyjnych węglowych wyższej jakości ogólnego przeznaczenia, stosuje się w przemyśle również wiele gatunków stali węglowych o określonym z góry przeznaczeniu. Stale te z uwagi na konieczność zapewnienia szczególnych własności użytkowych lub technologicznych mają skład chemiczny różniący się od składu stali węglowych ogólnego przeznaczenia i to zarówno w odniesieniu do składników zasadniczych, jak
i przypadkowych lub zanieczyszczeń. Ponadto w niektórych przypadkach
stale te wykazują niższe własności mechaniczne w porównaniu z odpowiednimi stalami ogólnego przeznaczenia o zbliżonym składzie chemicznym,
jednakże zapewniają żądane własności technologiczne i użytkowe.

Wśród stali węglowych konstrukcyjnych o specjalnym przeznaczeniu wyodrębnia się:

- stale wyższej i najwyższej jakości używane do przerobu na druty
patentowane, w tym druty ogólnego przeznaczenia, dla przemysłu
włókienniczego, do konstrukcji sprężonych, na sprężyny (PN-65/H-84028);

- stale węglowe konstrukcyjne na wyroby do spęczania na zimno

(BN-75/0631-01);

- stale węglowe konstrukcyjne na łańcuchy zgrzewane ogniowo

(PN-66/H-93027);

- stale węglowe konstrukcyjne na łańcuchy zgrzewane elektrycznie, a w szczególności na łańcuchy do przenośników górniczych (BN-67/0644-01);

- stale o bardzo małej zawartości węgla i o szczególnych własnościach fizycznych, określone często ogólną nazwą „żelazo Armco" (BN-75/0631-01).

Ponadto do tej grupy zalicza się stale na druty i elektrody do spawania, do wyrobu rur bez szwu, dla kolejnictwa, do obróbki plastycznej na zimno oraz na konstrukcje lotnicze.

Niskostopowe stale spawalne.

Zawierają maksymalnie do 0,20% C i posiadają strukturę

ferrytyczno-perlityczną, zawierają oprócz Mn mikrododatki - Al, V, Ti, Nb, N,
tworzące dyspersyjne wydzielenia węglików i azotków. Zawartości tych pierwiastków na ogół nie przekraczają 0,04% Al, 0,15% V, 0,09% Ti, 0,05% Nb
oraz tysięcznych procentu azotu. Niekorzystną cechą Al i Ti w tym, przypadku jest duże powinowactwo tych pierwiastków z tlenem. Chcąc zatem wykorzystać je jako mikrododatki, należy wytwarzać stal uspokojoną. W przeciwieństwie do nich V, a szczególnie Nb o mniejszym powinowactwie z tlenem mogą być wprowadzone do stali wytwarzanej jako póluspokojona, co znacznie obniża jej cenę. W stalach zawierających Al, V i Ti często zwiększa się zawartość N w stali około trzykrotnie. Z wymienionych mikrododatków największe znaczenie zyskuje Nb dający wielostronne korzyści, a w szczególności możliwość regulowania w szerokim zakresie wielkości ziarna austenitu, a zatem i granicy plastyczności oraz progu kruchości przez dobór parametrów przeróbki plastycznej i cieplnej. Na przykład podwyższając temperaturę austenityzowania lub końca walcowania można zwiększyć umocnienie przez spotęgowanie utwardzania dyspersyjnego kosztem pewnego podwyższenia progu kruchości. W przypadku V, ze względu na niższą temperaturę dysocjacji jego związków, jak również mniejszą ich skłonność do wydzielania w austenicie podczas walcowania, skala możliwości doboru parametrów technologicznych nie jest tak szeroka. Omawiane stale stosowane po regulowanym walcowaniu lub normalizowaniu zapewniają Re_min=390-470 MPa. Wartości te osiągnięto m.in. w krajowych stalach niskostopowych: 15G2ANb - Re = 350-470 MPa i 18G2AV - Re=420-540 MPa. Skład chemiczny i własności stosowanych w kraju spawalnych stali niskostopowych o podwyższonej wytrzymałości ogólnego przeznaczenia ujmuje norma PN-72.H-34013, a stale niskostopowe do budowy spawanych kadłubów statków PN-75/H-92147.

Stale konstrukcyjne stopowe do ulepszania cieplnego.

Stosuje się w zasadzie na bardzo obciążone i ważne części konstrukcji maszyn, silników, pojazdów mechanicznych itp., głównie o większych przekrojach nie pozwalających na użycie stali konstrukcyjnych węglowych ze względu na małą
hartowność lub też zbyt niskie własności wytrzymałościowe. Obróbka cieplna
tych stali polega na hartowaniu w oleju z 820—1000°C (najczęściej ok. 850°C)

oraz odpuszczaniu w zakresie 550—700°C. W strukturze uzyskuje się wtedy
sorbit, złożony z ferrytu stopowego oraz bardzo drobnych węglików.
Skład chemiczny stali oraz warunki odpuszczania wywierają znaczny wpływ
na substrukturę osnowy a oraz postać i rozmieszczenie wydzieleń węglików. Zależnie od zawartości węgla oraz pierwiastków stopowych
własności mechaniczne stali konstrukcyjnych stopowych ulepszonych cieplnie
wynoszą: Rm = 780—1420 MPa, Re = 540-1030 MPa oraz K = 69-150 J/cm².

Obecność w stali dodatków stopowych opóźnia znacznie spadek twardości po wysokim odpuszczaniu. Szeroki zakres temperatur odpuszczania omawianych stali pozwala uzyskiwać wysokie własności wytrzymałościowe przy gorszych plastycznych lub odwrotnie, zależnie od stawianych wymagań. Przez hartowanie izotermiczne uzyskuje się bainit, który jednak przy takich samych własnościach wytrzymałościowych jak sorbit ma przeważnie gorsze własności plastyczne.

Dobór stali na części konstrukcji powinien uwzględnić, oprócz wymagań co do wytrzymałości i udarności, również rozkład naprężeń na przekroju, kształt części oraz niektóre własności specjalne, np. żarowytrzymałość, odporność na ścieranie itp.

Własności wytrzymałościowe Rm i Re oraz udarność zależą głównie od
zawartości C oraz warunków obróbki cieplnej. Odnośnie do rozkładu naprężeń, jeśli cały przekrój jest silnie obciążony, to stal musi być ulepszona
na wskroś, a więc powinna mieć dużą hartowność, co zapewniają stale wyżej stopowe. Części konstrukcji o skomplikowanych kształtach wykonuje się również ze stali o większej hartowności. Można bowiem wtedy stosować podczas hartowania łagodniej chłodzące ośrodki, a tym samym uniknąć powstania naprężeń. Wskazane jest również w tych przypadkach stosowanie stali o możliwie małej zawartości C. Grupa stali konstrukcyjnych stopowych obejmuje znaczną liczbę gatunków o bardzo zróżnicowanym składzie chemicznym (PN-72/H-84030) — Stal stopowa konstrukcyjna do ulepszania cieplnego oraz PN-72/H-84035 — Stale stopowe konstrukcyjne do nawęglania i ulepszania cieplnego przeznaczone do wyrobu sprzętu szczególnie obciążonego.

Stale konstrukcyjne stopowe do nawęglania.

Celem nawęglania jest uzyskanie twardej i odpornej na ścieranie warstwy powierzchniowej przy zachowaniu wysokich własności plastycznych
rdzenia. Własności te uzyskuje się przez dodatkowe zabiegi cieplne. Przed
doborem stali na część konstrukcji należy ustalić dokładnie wymagane
własności warstwy powierzchniowej i rdzenia przedmiotu nawęglanego oraz
określić, które z nich mają decydujące znaczenie dla warunków pracy. Zależnie od tego dobiera się stal oraz obróbkę cieplną, zapewniająca połączenie żądanych własności. Głównym powodem szerokiego stosowania nawęglania jest łagodne
przejście od warstwy utwardzonej do rdzenia. Z tych też względów stosowanie części konstrukcji nawęglanych daje dobre wyniki wówczas, gdy
występują obciążenia zmienne, co do wielkości i kierunku działania. Obok stali do ulepszania cieplnego, stale konstrukcyjne stopowe do nawęglania stanowią najliczniejszą grupę gatunków. Odznaczają się małą zawartością C, nie przekraczającą 0,25% (średnio 0,15—0,20% C). Ponadto stale te zawierają prawic zawsze 1-2,1% Cr oraz zależnie od gatunku również Mn, Ni, Mo oraz rzadziej V, W i Ti. Podstawowe działanie dodatków stopowych w stalach do nawęglania polega na zwiększeniu hartowności rdzenia części nawęglanej, a tym samym na umożliwieniu uzyskiwania wymaganych dla rdzenia własności wytrzymałościowych. Przeprowadzenie nawęglania stali węglowej o zawartości
poniżej 0,20% C nie pozwala bowiem na regulowanie obróbka cieplną wytrzymałości rdzenia. Stal niestopową poddaje się nawęglaniu jedynie w tych
przypadkach, w których od pewnych części wymaga się dużej odporności na ścieranie bez większych wymagań co do wytrzymałości. W tym przypadku jednak mogą powstawać znaczne odkształcenia podczas hartowania po nawęglaniu w wodzie (aby uzyskać dużą twardość powierzchni). W związku z tym duże zastosowanie znalazły stale niskostopowe, np. 15H i 20H, wprawdzie w małym stopniu zwiększające wytrzymałość rdzenia po hartowaniu, lecz odporne na odkształcenia ze względu na większą hartowność i możliwość chłodzenia w oleju. Obecność Cr, Mn i Ni w stalach do nawęglania sprzyja zwiększeniu hartowności, stwarzając możliwość podwyższenia własności mechanicznych rdzenia oraz zmniejszenia naprężeń hartowniczych w warstwie powierzchniowej. Niekorzystnie natomiast oddziałują te dodatki, gdyż obniżając punkt M_s, zwiększają zawartość austenitu szczątkowego i zmniejszają twardość warstwy powierzchniowej. Czynnik ten ogranicza zawartość tych pierwiastków w stalach do nawęglania. Najniższe własności mechaniczne rdzenia uzyskuje się w stalach chromowych i chromowo-manganowych, np. 15H, 20H, 14HG, 20HG. Mangan w omawianych stalach sprzyja niekorzystnemu rozrostowi ziarn. Przeciwdziała się temu przez dodatek Ti, np. w stali 18HGT, używanej na silnie obciążone koła zębate, wałki, skrzynki biegów itp. Wobec braku skłonności do rozrostu ziarn stal może być nawęglana w szerokim zakresie temperatur. Znacznie lepsze własności niż w stalach Cr-Mn uzyskuje się w stalach
chromowo-niklowych, np. 15HN, 18H2N2 i 12HN3, stosowanych jednak ze
względu na deficyt Ni tylko wtedy, kiedy wymagane są bardzo wysokie
własności plastyczne rdzenia, np. w motoryzacji i lotnictwie. Stale Cr-Ni zastępowane są coraz częściej stalami Cr-Mn-Mo wykazującymi również wysokie własności mechaniczne. Części maszyn o większych przekrojach wymagające wysokich własności plastycznych rdzenia i najwyższej wytrzymałości, części silników lotniczych itp. wykonuje się ze stali
Cr-Ni wyższej jakości o zawartości ok. 1,5% Cr i 3-4,5% Ni, np. stale
12H2N4A i 20H2N4A, lub ze stali Cr-Ni z dodatkiem 0,2—0,3% Mn albo
0,8-1,2% W. W szczególności ta stal 18H2N4WA o bardzo dużej hartowności ma po chłodzeniu w powietrzu strukturę złożoną z martenzytu i bainitu.
Podczas odpuszczania występują w niej złożone procesy przemian węglików M₃C w węglik M₂C.

Stale do azotowania.

Stale konstrukcyjne stopowe do azotowania dzięki odpowiedniej zawartości pierwiastków stopowych Cr, Mo, a przede wszystkim Al, pozwalają na uzyskanie po azotowaniu bardzo twardej i odpornej na ścieranie powierzchni, bez potrzeby stosowania dodatkowej obróbki cieplnej. Wskutek tego unika się niekorzystnych następstw hartowania (odkształceń i paczenią się) oraz występowania austenitu szczątkowego, co zdarza się przy nawęglaniu. Ponadto warstwa naazotowana ma większa odporność na działanie chemiczne i podwyższonej temperatury, jak również zwiększa wytrzymałość wyrobu na zmęczenie. Stale do azotowania stanowią grupę zbliżoną do stali do ulepszania
cieplnego o składzie chemicznym dostosowanym do osiągnięcia bardzo dużej twardości w warstwie powierzchniowej oraz dobrych własności wytrzymałościowych i ciągliwych ulepszanego cieplnie rdzenia. Stale te zawierają na ogół ok. 0,4% C, 1,5% Cr, 0,5-1,1% Al i ewentualnie dodatek 0,15-0,25% Mo. W kraju stosowane są dwie stale do azotowania. Stal 38HJ używana jest m.in. na matryce do przeróbki mas plastycznych, sprawdziany oraz części maszyn i obrabiarek nie narażonych na uderzenia. Stal 38HMJ zawierająca Mo znajduje zastosowanie na części silników spalinowych, wały korbowe, korbowody, koła zębate, cylindry, wały rozrządowe itp. Obydwie stale przed azotowaniem ulepsza się cieplnie stosując hartowanie z ok. 940°C i odpuszczanie w ok. 640°C. Przytoczona charakterystyka własności użytkowych stali konstrukcyjnych stopowych zapewnia im pierwszeństwo stosowania w wielu gałęziach przemysłu budowy maszyn i urządzeń specjalnych, np. w rolnictwie, motoryzacji i uzbrojeniu. Stale stopowe wymagają jednak znacznie dokładniejszego niż stale węglowe opracowania i dotrzymywania warunków technologicznych podczas wytwarzania oraz dalszej przeróbki, szczególnie zaś
obróbki cieplnej. Niedotrzymanie odpowiednich warunków technologicznych
może spowodować wady materiałowe, np. płatki, segregację dendrytyczną,
kruchość odpuszczania, przełom włóknisty oraz inne wady trudne do usunięcia.

Stale sprężynowe.

Sprężyny i resory mają za zadanie przyjmować obciążenia dynamiczne i tłumić drgania przez nie wywołane. Z tego też powodu od materiałów przeznaczonych na te części wymaga się wysokiej granicy sprężystości, dużej wytrzymałości na zmęczenie i wysokich własności plastycznych, aby w razie przekroczenia granicy sprężystości raczej nastąpiło odkształcenie niż zniszczenie części. Sprężyny niezbyt odpowiedzialne wykonuje się ze stali węglowej w stanie surowym, z taśm walcowanych na zimno lub drutu ciągnionego o zawartości 0,5-1,0% C. Są to stale 65, 70, 75 i 86, podlegające hartowaniu w oleju i odpuszczaniu. Sprężyny odpowiedzialne wykonuje się ze stali stopowych średniowęglowych (0,4-0,6% C) z zawartością do ok. 2,5% Si z ewentualnym dodatkiem Mn, Cr i V. Zawartość C w tych stalach jest tak dobrana, aby wymaganą wytrzymałość Rm można było osiągnąć po średnim odpuszczaniu w zakresie 350-500°C. Zapewnia to bowiem zarazem najkorzystniejszy stosunek Rsp : Rm. Przy odpuszczaniu poniżej 350°C wartość Rsp ulega obniżeniu.

Krzem jako pierwiastek stopowy najintensywniej zwiększający Rsp, Re i Rm jest podstawowym dodatkiem w stalach sprężynowych. Stale te powinny mieć wyłącznie strukturę trostytu lub odpuszczonego martenzytu i nie zawierać austenitu szczątkowego. Dlatego też Si zwiększający hartowność, a nie obniżający Ms, również i w tym zakresie oddziałuje korzystnie na stal sprężynową. Ze względu na konieczność zapewnienia dużej wytrzymałości na zmęczenie technologia obróbki cieplnej stali sprężynowych musi zapewniać ich
gładką powierzchnię bez odwęglenia i utlenienia. Stale sprężynowe krzemowe, np. 45S, 40S2, 50S2, 55S2 i 60S2, wykazują stosunkowo małą hartowność, co ma mniejsze znaczenie ze względu na stosowane zazwyczaj małe przekroje; dla stali tych osiąga się Rm = 1130-1470 MPa, podobnie jak dla stali manganowej 65G. Stale wyższej jakości 60S2A i 70S3A stosowane są na bardziej odpowiedzialne sprężyny i resory w pojazdach mechanicznych. Przy większych
przekrojach zaleca się stale o zawartości do ok. 1,2% Cr z dodatkiem Si, Mn lub V, wykazujące wyższą hartowność. Są to: 50HSA, 50HG l 50HF. Na wysoko obciążone pierścienie zderzakowe wagonów stosowana jest stal

krzemowo-manganowo-chromowa — 60SGH.

Stale na łożyska toczne.

Części łożysk tocznych (kulki, wałki i pierścienie) należące do odpowiedzialnych części maszyn i urządzeń powinny więc odznaczać się dużą twardością oraz odpornością na ścieranie, zginanie i ściskanie, jak również stałością wymiarów podczas dłuższego magazynowania. Stąd też stalom przeznaczonym do wyrobu tych części stawia się wysokie wymagania w zakresie twardości, jednorodności struktury, stopnia czystości (dopuszczalna bardzo mała ilość wtrąceń niemetalicznych) oraz hartowności, zapewniającej uzyskanie w całym przekroju struktury martenzytycznej bez pozostałości austenitu szczątkowego. Stale łożyskowe powinny ponadto łatwo poddawać się
zmiękczaniu oraz przeróbce plastycznej na zimno i na gorąco, wykazywać
dobrą obrabialność i nie paczyć się podczas hartowania. Duże znaczenie dla
obróbki cieplnej oraz pracy tych części ma właściwie przeprowadzone wyżarzanie, zapewniające równomierne rozłożenie węglików w osnowie ferrytycznej bez pozostałości siatki na granicach ziarn. Prawidłowo przeprowadzona obróbka cieplna powinna ponadto zabezpieczyć obrabiane części przed odwęgleniem powierzchniowym. Warunkom tym odpowiadają stale chromowe o zawartości 0,7-1,65% Cr, stanowiące specjalną grupę stali konstrukcyjnych stopowych, wyróżniające się stosunkowo dużą zawartością C (0,95-1,15% C), bardzo wysokim stopniem czystości i nader surowymi kryteriami odbioru technicznego. Obróbka cieplna stali łożyskowych polega na hartowaniu z 820-840°C w oleju i niskim odpuszczaniu w ok. 180°C. Struktura po tych zabiegach składa się z drobnoiglastego odpuszczonego martenzytu z wtrąceniami drobnych, równomiernie rozłożonych węglików chromu. W przypadku zbyt wysokiej temperatury hartowania węgliki przechodzą do roztworu, a struktura składa się z martenzytu oraz austenitu szczątkowego. Wpływa to na obniżenie twardości i odporności na ścieranie.

W kraju stosuje się cztery stale łożyskowe: ŁH6, ŁH9, ŁH15 i ŁH5SG. Stal ŁH6 stosuje się na kulki i rolki o średnicy dochodzącej do 10 mm, stale ŁH9 i ŁH15 na kulki i rolki o średnicy 10-30 mm oraz na pierścienie grubości do 30 mm, natomiast stal ŁH15SG z zawartością do 1,2% Mn i 0,6% Si używana jest na pierścienie grubości powyżej 30 mm.

---