MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE


Stal – jest to stop żelaza z węglem o zawartości węgla do 2% obrobiona cieplnie i
przerobiona plastycznie

Stale ze względu na skład chemiczny dzielimy głównie na:

1. Stale węglowe

Stalami węglowymi nazywa się stale, których głównym składnikiem

wpływającym na własności jest węgiel. Pozostałe składniki występują w
niewielkich ilościach pochodzących z procesu metalurgicznego związanego z
otrzymywaniem stali. Należą do nich: mangan, krzem, niewielkie ilości niklu i
chrom, oraz określane jako zanieczyszczenia - siarka i fosfor.

2. Stale stopowe

Stalami stopowymi nazywa się stale, które oprócz węgla zawierają inne

składniki dodatkowe (nikiel, chrom, mangan, wolfram, molibden, krzem)
wprowadzane celowo w celu otrzymania pewnych dodatkowych własności.

Stale ze względu na zastosowanie dzielimy na:

1. Stale konstrukcyjne
Stale konstrukcyjnymi nazywa się stale używane do budowy konstrukcji

budowlanych, maszyn i urządzeń.

Stale konstrukcyjne możemy z kolei podzielić na:

a) Stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości ogólnego przeznaczenia

Stale te są stosowane w dużych ilościach w inżynierii lądowej, wodnej oraz

chemicznej zarówno w postaci blach jak i kształtowników o grubości wielu
centymetrów i granicy plastyczności do 700 MPa.

Norma stali konstrukcyjnych PN-EN 10025:2002 zawiera dodatkowo trzy gatunki stali
maszynowych: E295, E335, E360

b) Stale maszynowe o dużej zawartości węgla

Nazwa stale maszynowe obejmuje szeroki zakres stali zwykle obrabianych cieplnie

w celu uzyskania uzyskanie wytrzymałości na rozciąganie powyżej 700 MPa. Stale te
są stosowane na elementy, od których wymaga się ściśle określonej sztywności,
odporności na pękanie, zmęczenie, pęzanie, korozję i zużycie.

Są one stosowane w przemyśle samochodowym, kosmicznym, wydobywczym,

obronnym, chemicznym, rolnym oraz w transporcie kolejowym i urządzeniach
przemysłowych.

Do stali maszynowych zalicza się m.in.:

- stale do ulepszania cieplnego,
- stale do hartowania powierzchniowego,
- stale do nawęglania,
- stale do azotowania,
- stale automatowe,
- stale sprężynowe,
- stale łożyskowe.

2. stale narzędziowe,
Stal narzędziowa jest to stal, z której wykonuje się narzędzia do kształtowania
metali przez kucie, cięcie, wyciskanie, walcowanie, obróbkę skrawaniem.
Stale narzędziowe możemy podzielić na:

a) stale narzędziowe do pracy na zimno,
b) stale narzędziowe do pracy na gorąco,
c) stale szybkotnące.

3. stale specjalne

a) stale odporne na korozje,
b) stale kwasoodporne,
c) stale żaroodporne i żarowytrzymałe.

Zastosowanie wybranych gatunków stali:

Stale konstrukcyjną S185 stosuje się na mniej odpowiedzialne i mało obciążone

elementy maszyn i konstrukcje stalowe, które można wykonywać przez prasowanie,
tłoczenie, gięcie na zimno. Również na mało odpowiedzialne elementy, ale za to
najczęściej używa się stali S235… (śruby cięgła, haki, nakrętki, osie).

Ze stali S275…, S355… wykonuje się normalnie i średnio obciążone części

maszyn podlegające obciążeniom statycznym i zmiennym np. różnego rodzaju wały i
osie, czopy, korbowody, dźwignie, śruby tłoki, wały wykorbione, koła zębate. Stale
maszynowe E235, E335, E360 służą do wyrobu bardziej obciążonych i dość
odpornych na ścieranie elementów takich jak: wały, koła zębate, wpusty, kliny, kołki,
sworznie, ślimaki, kołki i resory. Wyroby z tych stali można hartować i ulepszać
cieplnie.

Stale z grupy stali do ulepszania cieplnego są stalami, z których wykonuje się

głównie małe i średnie części maszyn pojazdów i konstrukcji. Ze stali oznaczonych
symbolami C22E, C22R, C25E, C25R wykonuje się śruby, koła zębate, osie, wały,
sworznie, czopy. Ze stali C30E, C30R oraz C35E, C35R wykonuje się różnego

rodzaju elementy poddane obciążeniom zmiennym (wały, osie, śruby napędowe). Stale
C35E, C35R, C40E, C40R, C45E, C45R, C50E, C50R, C55E, C55R stosuje się
głównie jako ulepszane cieplnie (hartowanie i odpuszczanie w temperaturze 500-600

o

C). Po tego rodzaju obróbce cieplnej elementy poddaje się obróbce skrawaniem.

Hartowanie powierzchniowe tych stali zwiększa istotnie odporność na zużycie i
polepsza własności zmęczeniowe. Z grupy tych stali najczęściej stosuje się C45E,
C45R (koła zębate, wały rozrządcze, i wały korbowe do pojazdów mechanicznych,
wały do silników elektrycznych, śruby napędowe. Ze stali C55E, C55R wykonuje się
np. sworznie łańcuchów napędowych, sworznie tłokowe, wrzeciona obrabiarek,
ślimaki, części pras i młotów, pryzmy do wag. Koła zębate hartowane, o modułach do
5 mm wykonuje się ze stali C45E, C45R, C55E, C55R.

Kolejną grupą stali są stale do nawęglania. Celem nawęglania jest uzyskanie

twardej i odpornej na ścieranie i zmęczenie warstwy wierzchniej, przy zachowaniu
dużej udarności i ciągliwości rdzenia. Nawęglanie polega na wzbogaceniu stali w
węgiel i jest najczęściej stosowaną obróbką powierzchniową. Nawęglany element jest
hartowany i następnie odpuszczany. Stale z tej grupy stosuje się na elementy o
podwyższonej wytrzymałości i odporne na ścieranie. Przykłady oznaczenia tych stali
to: C10E, C10R, C15E, C15R.
Podobne zastosowanie mają stale do azotowania. Są to stale stopowe, w których skład
wchodzą takie pierwiastki jak Chrom Cr, Molibden Mo, Aluminium Al. Przykład
oznaczenia tych stali to: 24CrMo 13-16, 31CrMo12.

Stale automatowe są to stale, które dzięki składowi chemicznemu i

odpowiedniemu przygotowaniu nadają się do obróbki skrawaniem z dobrą
skrawalnością i dużymi prędkościami na automatach. Przykłady oznaczeń tych stali
to: 11SMn30, 11SMnPb30.

Stale łożyskowe powinny charakteryzować się dużą odpornością na ścieranie i

wytrzymałością zmęczeniową oraz odpowiednią ciągliwością. Wystarczającą twardość
i odporność na ścieranie zapewnia stalom łożyskowym węgiel w ilości 1%. Elementy
łożysk tocznych a mianowicie: kulki, wałki, bieżniki są wykonywane z rożnych
gatunków stali. Ogólnie stale łożyskowe można podzielić na dwie grupy, na stale
łożyskowe przeznaczone do łożysk pracujących w normalnych warunkach oraz stale
łożyskowe przeznaczone na łożyska specjalne. Przykłady oznaczenia tych
stali:100Cr6, 100CrMo7.

Wśród stali narzędziowych możemy wyróżnić:

• stale narzędziowe do pracy na zimno,

• stale narzędziowe do pracy na gorąco,

• stale szybkotnące.

Stale narzędziowe używane są do wyrobu różnego rodzaju narzędzi począwszy od
narzędzi do obróbki ręcznej a skończywszy na skomplikowanych narzędziach do
obróbki skrawaniem.

Nowy system oznaczania stali wg PN-EN 10027-1

2. Stale oznaczone wg ich zastosowania i własności mechanicznych lub

fizycznych
(grupa 1)

Znak zawiera następujące główne symbole:

a)

S – stale konstrukcyjne

P – stale pracujące pod ciśnieniem
L – stale na rury przewodowe
E – stale maszynowe

za którym umieszcza się liczbę będącą
nominalną granicą plastyczności w MPa
dla najmniejszego zakresu grubości
wyrobu

istnieją jeszcze inne gatunki stali oznaczane innymi literami: jak np. R –stale na szyny

Przykłady stali konstrukcyjnych niskostopowych:

S185
S235JR
S235J0
S275JR
S275J0
S335JR
S355J0

P275N
P275NH
P355N
P355NH
P460N
P460NH

L360NB
L360QB
L360MB

E295
E335
E360

3. Stale oznaczane wg składu chemicznego (bez stali automatowych) o

średniej zawartości manganu < 1% (grupa 2)

Znak zawiera następujące główne symbole:
a) litera C
b) liczba będąca stukrotną średnią wymaganą zawartością procentową węgla.

Przykładem tych stali są stale do ulepszania cieplnego: C35E, C35R, C45E, C45R
(stale do ulepszania cieplnego)

Żeliwo – stop żelaza z węglem o zawartości węgla od 2,2 do 3,6% oraz krzemu,

manganu, siarki i fosforu. Żeliwo jest obok stali nadal często używanym materiałem
konstrukcyjnym na różne korpusy, obudowy, pokrywy itp. Żeliwo wykazuje dobre
własności odlewnicze, jest odporne na ścieranie, dobrze tłumi drgania i praktycznie
nie wrażliwe na działanie karbu, ale jest materiałem kruchym.

Przy konstruowaniu elementów żeliwnych zwracać należy uwagę na grubość

ścianek, na łagodność przejścia zwłaszcza między częściami cienkimi i grubymi, od
czego zależy dobór określonego gatunku żeliwa, na równomierny rozkład naprężeń i
wykorzystanie szczególnie wysokiej wytrzymałości na ściskanie.

Nowy system oznaczania żeliw wg PN-EN 1560

Pozycja 1: EN-
Pozycja 2: Symbol dla żeliwa – należy zastosować symbol GJ, gdzie G oznacza
materiał odlewany a J oznacza żeliwo
Pozycja 3: Symbol dla postaci grafitu:
L – grafit płytkowy (żeliwo szare)
S – grafit kulkowy (żeliwo sferoidalne)
M – grafit żarzenia (żeliwo ciągliwe)

Przykłady:
EN-GJL-250 – żeliwo szare – wytrzymałość na rozciąganie Rm = 250MPa
EN-GJS-500-7 - żeliwo sferoidalne o wytrzymałości na rozciąganie Rm = 500MPa
EN-GJMB-350-10 – żeliwo ciągliwe czarne o wytrzymałości na rozciąganie
Rm =350MPa

Staliwa

Staliwa, do których zalicza się lejne stopy żelaza z węglem oraz innymi składnikami
stopowymi o zawartości do około 2% węgla (w staliwie stopowym od 0,15 do 1,6 %C,
w węglowym od 0,1 do 0,6%C), nadają się na elementy o bardziej skomplikowanych
kształtach, które trudno jest uzyskać ze stali na drodze obróbki plastycznej czy
skrawaniem. Staliwa posiadają wyższe własności wytrzymałościowe w porównaniu z
żeliwem szarym, lecz nie zawsze są lepsze w tym względzie od żeliw
modyfikowanych czy żeliwa sferoidalnego.

Podział staliw wraz z przykładami oznaczeń najczęściej stosowanych w konstrukcjach
staliw .
Staliwa ogólnie możemy podzielić na:

• staliwo węglowe konstrukcyjne, L450; L500; L600,

• staliwo stopowe konstrukcyjne, L20G; L35GMA; L35GSM;

L20HGNM; L25HGNM;L35HGNMA; L30GS; L20HGSNM,

• staliwo stopowe do pracy w podwyższonych temperaturach,

• staliwo odporne na korozje,

• staliwo żaroodporne.