www.chomikuj.pl/MarWag987

1. Nawęglanie
Nawęglanie polega na nasycaniu warstwy powierzchniowej stali w węgiel podczas
wygrzewania obrabianego przedmiotu w ciągu określonego czasu w ośrodku
zawierającym węgiel atomowy. Nawęglanie odbywa się w temperaturze 900-950

°

C. O

grubości warstwy nawęglonej, która zwykle osiąga 0,5-2 mm, decyduje czas nawęglania,
który dobiera się tak, aby skład fazowy warstwy powierzchniowej odpowiadał strukturze
stali eutekoidalnej
Istnieją następujące metody nawęglania: w ośrodkach stałych, w roztopionych solach,
gazowe, w złożach fluidalnych, próżniowe oraz jonizacyjne.
Twardość stali węglowej i chłodzonej w powietrzu wynosi ok. 250-300 HB, a jej
własności mechaniczne są stosunkowo niskie ze względu na rozrost ziarn zachodzący w
czasie procesu. W celu poprawienia własności stal nawęgloną poddaje się dalszej
obróbce cieplnej; w szczególności dąży się do: 1) otrzymania struktury
drobnolistwowego martenzytu z węglikami w postaci ziarnistej w warstwie
powierzchniowej, 2) zwiększenia twardości stali na powierzchni do ok. 60 HRC,
3) zapewnienia znacznej ciągliwości, odporności na dynamiczne działanie obciążeń oraz
wymaganych własności wytrzymałościowych w nie nawęglonym rdzeniu.
Obecnie stosuje się cztery sposoby obróbki cieplnej przedmiotów nawęglonych:

•

hartowanie bezpośrednie,

•

hartowanie bezpośrednie z ochładzaniem (zmniejsza wrażliwość powstawania

pęknięć),

•

hartowanie pojedyncze z normalizowaniem (ochładzanie w spokojnym powietrzu),

2. ) PVD – metoda ta polega na osadzaniu się warstwy z fazy gazowej z udziałem
reakcji fizycznych. Metody PVD wykorzystują zjawiska fizyczne. W metodzie PVD
warstwa powstaje z plazmy.
Pary metali i związków osadzane są w specjalnym urządzeniu na zimnym, lub
podgrzanym do temp 200-500 podłożu, co pozwala na pokrywanie podłoża
zahartowanego i odpuszczonego bez niebezpieczeństwa spadku twardości. Prowadzi to
do wytwarzania warstw bardzo cienkich i adhezyjnie związanych z podłożem.
Zastosowanie:
- pokrywanie narzędzi ze stali wysokostopowych
- pokrywanie precyzyjnych części maszyn
3.

OCHRONA

METALI

PRZED

KOROZJĄ

W zależności od rodzaju korozji i charakteru chemicznego czynników korozyjnych
istnieje

wiele

sposobów

zapobiegania

lub

zmniejszania

skutków

korozji:

Podstawowym sposobem ochrony przed korozją chemiczną jest dobór odpowiedniego
materiału

do

warunków

ś

rodowiska

agresywnego.

Znacznie można obniżyć działanie korodujące niektórych czynników przez
zastosowanie inhibitorów (opóźniaczy) korozji. Inhibitory tworzą zwykle na
powierzchni metalu warstewki ochronne hamujące szybkość korozji. Dla korozji w
ś

rodowisku alkalicznym jako inhibitory korozji stosowane są sole cyny, arsenu, niklu i

magnezu,

zaś

w

ś

rodowisku

kwaśnym:

krochmal,

klej

lub

białko.

Zabezpieczenie przed korozją elektrochemiczną stanowi tak zwana ochrona katodowa.
Ochrona katodowa polega na połączeniu chronionej konstrukcji z metalem mniej
szlachetnym, tworzącym anodę (protektor) ogniwa, natomiast katodą jest obiekt
chroniony. Połączenie takiej anody z konstrukcją chronioną wykonuje się przez

www.chomikuj.pl/MarWag987

bezpośredni styk ( tzw. powłoki anodowe) lub za pomocą przewodnika. Za pomocą
protektorów chroni się przed korozją duże obiekty stalowe, takie jak kadłuby statków,
rurociągi i podziemne zbiorniki. Protektorami są blachy lub sztaby wykonane z metali
aktywnych jak: cynk, magnez lub glin, połączone przewodami z obiektem chronionym.
W utworzonym w ten sposób ogniwie anodą jest protektor, który ulega korozji. Po
zużyciu protektory wymienia się na nowe. Identyczny efekt daje zastąpienie cynku
złomem stalowym połączonym z dodatnim biegunem prądu stałego, podczas gdy
chroniona

konstrukcja

połączona

jest

z

biegunem

ujemnym.

Ochrona

przed

korozją

za

pomocą

powłok

ochronnych

Powszechnie

stosowanymi

powłokami

ochronnymi

są:

-

powłoki

nieorganiczne:

metalowe

i

niemetalowe

- powłoki organiczne: farby, lakiery, tworzywa sztuczne, smoła i smary.

4. Na zwiększenie twardości wpływają: Cr, Si, Mnp, Nip, W, V, Co, Mo, Cu, P

Na zmniejszenie twardości wpływają: Mna, Nia,

Na zwiększenie wytrzymałości wpływają: Cr, Si, Mnp, Nip, W, V, Co,

Mo, Cu, P, Mna, Nia

Na zwiększenie granicy plastyczności wpływają: Cr, Si, Mnp, Nip, W,

V, Co, Mo, Cu, P, Mna, Nia

Na zmniejszenie granicy plastyczności wpływają: Mna, Nia

Na zwiększenie wydłużenia wpływają: Mna, Nia

Na zmniejszenie wydłużenia wpływają: Si, Cr, W, Co, Mo, S, P

Na zwiększenie żarowytrzymałości wpływają: Cr, Si, Mnp, Nip, Nia,
W, V, Co, Mo, Cu

Na zwiększenie przewężenia wpływają: Nia

Na zmniejszenie przewężenia wpływają: Cr, Al, W, Co, Mo, S, P

Na zwiększenie sprężystości wpływają: Si, Mnp, Cr, V

Na zwiększenie udarności wpływają: Nia, V, Mo

Na zmniejszenie udarności wpływają: Si, Cr, Al, Co, S, P

Na zwiększenie odporności na korozje wpływają: Cr , Nia, V, Cu

Na zmniejszenie odporności na korozje wpływają: S

Na zwiększenie krytycznej szybkości chłodzenia wpływa: Cu

Na zmniejszenie krytycznej szybkości chłodzenia wpływają : Cr, Nip, Mna,

Nia, W, V, Mo, Si, Mnp

Na zwiększenie węglikotwórczośći wpływają: V, Mo, W, Cr

a - w stalach austenitycznych; p – w stalach perlitycznych.

Na zmniejszenie węglikotwórczośći wpływa: Si

Na zwiększenie odporności na zużycie wpływają: W, Co, V, Mo, Cr

Na zmniejszenie odporności na zużycie wpływają: Si, Mnp, Nip

Na zwiększenie podatności na obróbkę plastyczną wpływają: Mnp, V
a - w stalach austenitycznych; p – w stalach perlitycznych.

www.chomikuj.pl/MarWag987

Na zmniejszenie podatności na obróbkę plastyczną wpływają:

Mna, Nia, Cu, S, Al, W, Si, Cr, Nip, Co, Mo, P

Na zwiększenie skrawalności wpływają: S, P

Na zmniejszenie skrawalności wpływają:

Mna, Nia, W, Si, Mnp, Nip, Mo

Polepszają własności magnetyczne: W, Co, Nip, Al, Cr, Mo
5.

6. Stale narzędziowe stopowe szybkotnące
Stale szybkotnące są stosowane głównie na wieloostrzowe narzędzia skrawające, często
narzędzia wykrojnikowe, a także na narzędzia do obróbki plastycznej na zimno i gorąco.
Stale te wykazują dużą twardość i odporność na ścieranie w temperaturze do ok. 600

°

C.

Wymagane własności, zwłaszcza b. dużą hartowność oraz efekt twardości wtórnej,
uzyskuje się przez odpowiednią kombinację stężenia C i takich pierwiastków stopowych,
jak Cr, W, Mo i V, a w wielu gatunkach dodatkowo – Co. Oprócz optymalizacji składu
chemicznego, na zwiększenie własności stali szybkotnących obrobionych cieplnie duży

www.chomikuj.pl/MarWag987

wpływ wywierają czynniki metalurgiczne, decydujące o kształcie i położeniu węglików
pierwotnych. Ledeburytyczna siatka węglików pierwotnych uzyskana po
wykrystalizowaniu wlewka z tych stali jest rozbijana podczas obróbki plastycznej,
najkorzystniej kucia, częściej walcowania. Od stopnia przerobu podczas obróbki
plastycznej zależy segregacja węglików, która jest głównie uwarunkowna pierwotną
strukturą wlewka. Koniecznością jest zatem produkcja wlewków nie zawierających
segregatów eutektyki, na co wpływa głównie kształt wlewnic, obniżona temperatura
odlewania, chłodzenie wewnętrzne oraz modyfikacja, powodująca rozdrobnienie
węglików i równomierne rozmieszczenie eutektyki. Stopień segregacji węglików ulega
również zmniejszeniu w wyniku zastosowania rafinacji stali szybkotnących przez
przetapianie próżniowe lub elektrożużlowe, związane również ze zwiększeniem czystości
stali. Uzyskanie pożądanych własności stali szybkotnących zależy ponadto od
prawidłowo wykonanej obróbki cieplnej. Stale szybkotnące są dostarczane w stanie
zmiękczonym. Zapewnia to dobrą obrabialność mechaniczną stali.

7. Stale odporne na korozję
Stale odporne na korozję obejmują trzy grupy:
Stale trudno rdzewiejące, o odporności na korozję jedynie nieznacznie większej od stali
węglowych, zawierają 0,1% C oraz dodatki 1-3% pasywującego Cr i ok. 0,5% Cu,
tworzącej na powierzchni warstewkę pasywującą złożoną z siarczanów i węglanów
miedzi. Do stali tych są wprowadzane także w niewielkich stężeniach P, Al i Ni. Stale te
znajdują zastosowanie głównie jako stale spawalne pracujące w środowisku atmosfery
przemysłowej oraz morskiej. Stale wysokochromowe o strukturze ferrytycznej
ferrytyczno-martenzytycznej lub martenzytycznej są odporne głównie na korozję
chemiczną, w tym na utlenianie w atmosferze powietrza, wody naturalnej i pary wodnej
w niskiej i podwyższonej temperaturze, na działanie zimych roztworów alkalicznych,
rozcieńczonych kwasów i soli, z wyjątkiem chlorków i jodków, oraz na działanie ropy
naftowej i jej par, paliw, olejów, alkoholi, a także środków spożywczych. Stale
chromowo-niklowe i chromowo-niklowo-manganowe, o strukturze austenitycznej są
odporne głównie na korozję elektrochemiczną w środowisku kwasów nieorganicznych i
organicznych, związków azotu, roztworów soli i agresywnych środków spożywczych.
Przykłady stali: 0H13, 1H13, 4H14, 0H17T, 3H17M.
8.

W

ę

glikostale spiekane nale

żą

do najdro

ż

szych tworzyw narz

ę

dziowych. Do

ich produkcji s

ą

stosowane głównie w

ę

gliki tytanu TiC, niemal zupełnie nie

ulegaj

ą

ce rozpuszczaniu w osnowie stalowej podczas obróbki cieplnej, której

poddaje si

ę

narz

ę

dzia lub inne elementy wykonane z tych materiałów.

W

ę

glikostale spiekane s

ą

produkowane dwoma sposobami:

• przez spiekanie porowatego szkieletu z proszku w

ę

glika tytanu i nast

ę

pnie

nasycanie szkieletu ciekł

ą

stal

ą

,

• klasycznymi metodami metalurgii proszków przez mieszanie proszków TiC i
proszków odpowiedniej stali, prasowanie i nast

ę

pnie spiekanie. Ze wzgl

ę

du na

wielkie powinowactwo chemiczne tytanu z tlenem produkcja w

ę

glikostali

spiekanych wymaga specjalnych urz

ą

dze

ń

z atmosferami ochronnymi lub

urz

ą

dze

ń

pró

ż

niowych. Wymiary wyrobów i półwyrobów wykonanych z

www.chomikuj.pl/MarWag987

w

ę

glikostali spiekanych s

ą

ograniczone wymiarami urz

ą

dze

ń

produkcyjnych,

głównie pras i pleców. W

ę

glikostale spiekane dostarcza si

ę

w stanie wy

ż

arzonym

w postaci pr

ę

tów o przekroju kołowym lub kwadratowym, kostek, kr

ąż

ków, tulei

lub pier

ś

cieni.

9. Stale Meraging (martenzytyczne starzejące się )
a.

1.

hartowanie 1000 do 1050 stopni powstaje austenit Rm około 1100 Mpa

2.

starzenie 450 do 550 stopni / 4h powstaje austenit wydzielenia Rm około 1400
Mpa

b. Stale o Ms < 0 stopni

1.

hartowanie – austenit

2.

wymrażanie do – 75 stopni – martenzyt

3.

starzenie – martenzyt + wydzielenia

10.
Ż

eliwa

Ż

eliwami nazywamy stopy żelaza z węglem zawierające ponad 2% węgla. Od tej

zwartości węgla (2%) pojawia się w tych stopach nie spotykany w stalach składnik
mikrostruktury – ledeburyt, w którego skład wchodzi cementyt. Węgiel w żeliwie może
występować zarówno w postaci wiązanej (cementyt) jak i wolnej (grafit). W zależności
od postaci w jakiej występuje węgiel rozróżnia się żeliwa: szare, w których węgiel
występuje w postaci grafitu; białe, w których węgiel jest związany w cementycie,
połowiczne, w których występuje zarówno grafit, jak i cementyt (powyżej 0,8% ogółu
węgla w żeliwie).
Strukturę żeliwa stanowi osnowa metaliczna, którą może być ferryt, perlit lub ich
mieszaniny, ewentualnie z cementytem i wtrąceniami niemetalicznymi a także grafit o
różnej wielkości i kształcie. Grafit jest b. miękki, a jego wytrzymałość jest bliska zeru.
Grafit może się tworzyć przy krzepnięciu z cieczy jako płatkowy na skutek przemiany
eutektoidalnej austenitu lub w wyniku rozpadu cementytu w żeliwie białym poddanym
długotrwałemu wyżarzaniu w temperaturze nieznacznie niższej od solidusu. W stopach
eutektycznych grafit wydziela się z cieczy w postaci b. drobnych płatków w eutektyce
grafitowej. Grube płatki grafitu pierwotnego wydzielają się w czasie krzepnięcia żeliw
nadeutektycznych.
Grafit powoduje zmniejszenie własności wytrzymałościowych żeliwa i zmianę
niektórych innych własności, a szczególnie: działa jako karb wewnętrzny, stanowiąc
nieciągłości w metalu; zmniejsza skurcz odlewniczy; polepsza skrawalność; zwiększa
własności ślizgowe; sprzyja tłumieniu drgań.
Według Polskich Norm żeliwa dzielimy na:
Żeliwo sferoidalne wykazuje b. dobre własności – zarówno wytrzymałościowe jak i
plastyczne. Uzyskuje się je w wyniku modyfikowania żeliwa o tendencji krzepnięcia jako
szare, lecz o b. małym stężeniu siarki i fosforu. Jako modyfikatorów używa się ceru lub
magnezu. W wyniku tego zabiegu technologicznego grafit występuje w tych żeliwach w
postaci kulistej. Żeliwa sferoidalne można podzielić na: ferrytyczne (350-22, 400-18,
400-15, 450-10), ferrytyczno-perlityczne (508-7), perlityczno-ferrytyczne (600-3),

www.chomikuj.pl/MarWag987

perlityczne (700-2), po obróbce cieplnej (800-2, 900-2).
Ż

eliwo ciągliwe jest otrzymywane z żeliwa białego w wyniku wyżarzania

grafityzującego. Podczas tej operacji cementyt ulega rozpadowi o wydziela się tzw.
węgiel żarzenia w postaci kłaczkowatych skupień. Żeliwo ciągliwe charakteryzuje się
dobrymi własnościami wytrzymałościowymi i plastycznymi. W zależności od
parametrów procesu technologicznego żeliwo ciągliwe można podzielić na: białe (W),
czarne (B), perlityczne (P).
Staliwo
Staliwem nazywamy stal w postaci lanej, nieobrobionej plastycznie. Odlewy staliwne
uzyskują ostateczny kształt po skrzepnięciu w formach, przeważnie piaskowych i
podlegać mogą różnym operacjom technologicznym z wyjątkiem obróbki plastycznej.
Własności mechaniczne staliw w porównaniu ze stalami obrobionymi plastycznie o takiej
samej zawartości węgla są gorsze tylko w zakresie własności charakteryzujących
ciągliwość i plastyczność, natomiast wytrzymałość na rozciąganie i twardość jest niemal
taka sama. Gorsze własności plastyczne oraz mniejsza udarność staliwa są następstwem
zachowania pierwotnej struktury, którą można usunąć tylko przez obróbkę plastyczną.
Własności mechaniczne i spawalność staliw są wyższe niż żeliw. W porównaniu z
ż

eliwami staliwa mają jednak gorszą lejność, są wrażliwe na działanie karbu, posiadają

skłonność do pęcherzy. Wadą staliw jest także mały uzysk.
Składnikami strukturalnymi występującymi w staliwie węglowym są ferryt i perlit. W
zależności od sposobu i szybkości chłodzenia odlewu w stanie surowym w staliwie
węglowym może wystąpić tzw. struktura globulityczna o okrągłych ziarnach lub
struktura Widmannstättena. Struktura Widmanstättena charakteryzuje się iglastą budową
ferrytu osnowie perlitu i ma niekorzystny wpływ na własności mechaniczne staliwa. W
celu usunięcia niekorzystnych struktur pierwotnych, niejednorodności składu
chemicznego, a także naprężeń odlewniczych, odlewy staliwne poddaje się obróbce
cieplnej, głównie wyżarzaniu ujednorodniającemu lub normalizującemu, a także
wyżarzaniu odprężającemu. Odlewy staliwne można również hartować, a także obrabiać
cieplno-chemicznie, stosując zasady podobne jak przy obróbce cieplnej elementów
stalowych o zbliżonym składzie chemicznym.