METALE I ICH STOPY – OGÓLNA

KLASYFIKACJA, ZNAKOWANIE,

STALE, ODLEWNICZE STOPY

ŻELAZA, METALE NIEŻELAZNE I

ICH STOPY.

Joanna Chudobska

Anna Durazińska

ZIP 41

Zasady oznaczania stali.

1. Wg własności fizycznych, mechanicznych i

zastosowania np. S275.

2. Wg składu chemicznego:

• Stal niestopowa o zawartości Mn < 1% np. C45;

• Stal niestopowa o zawartości Mn ≥ 1% np.

13CrMo4-5;

• Stal stopowa – symbol „X”, np. X8CrNiMoAl15-7-2;

• Stal szybkotnąca – symbol „HS”, np. HS2-9-1-8.

3. System cyfrowy – składa się z 5 cyfr – 1.XXYY, gdzie:

XX-podział stali, YY-cyfry wyróżniające gatunki w

grupie.

4. Wg norm PN oraz PN-EN.

Stale niestopowe (węglowe)

główne składniki Fe + C, węgiel wywiera dominujący wpływ na

strukturę i własności stali, tworzywa najczęściej używane do
budowy maszyn, wyroby z tych stali nie są poddawane obróbce
cieplnej, dzielimy na:

• Konstrukcyjne i maszynowe,
• Na urządzenia ciśnieniowe,
• Do nawęglania,
• Do ulepszania cieplnego i hartowania powierzchniowego,
• Sprężynowe,
• Narzędziowe,
• O określonym przeznaczeniu.

Stale stopowe

• pierwiastki zwiększające hartowność stali –

Ni, Si, Al,Cu

,

• w stalach zawierających Mo, V lub W

obserwuje się zjawisko twardości wtórnej,

• stale należy używać tylko w stanie

obrobionym cieplnie.

Podział grupy stali stopowych ze

względu na ich zastosowanie:

1.

Stale konstrukcyjne

– stosowane do

wyrobu maszyn i elementów konstrukcyjnych
pracujących w temp. od -40 do 300°C; główne
dodatki stopowe: Mn, Cr, Si, Ni, Mo, W, V, Ti;
zawartość C od 0,1-1%, dzielimy na:

• Niskostopowe do obróbki plastycznej na zimno,
• Niskostopowe konstrukcyjne,
• Do ulepszania cieplnego,
• Do nawęglania i azotowania,
• Sprężynowe,
• Na elementy łożysk tocznych.

Podział grupy stali stopowych ze

względu na ich zastosowanie:

2. Stale narzędziowe

– stal z której wykonuje się

narzędzia do kształtowania metali:

• do pracy na zimno – zawartość C ok. 1%, przeznaczone

na narzędzia, które podczas pracy nie nagrzewają się
powyżej 250°C,

• do pracy na gorąco – zawartość C od 0,3-0,6%,

przeznaczone na narzędzia pracujące w temp. 250-
700°C,

• stale szybkotnące – zawartość C od 0,8-1,6%,

przeznaczone są głównie na wieloostrzowe narzędzia
skrawające, temp. pracy od 500-600°C.

Podział grupy stali stopowych ze

względu na ich zastosowanie:

3. Stale i stopy o szczególnych

właściwościach

–

niejednokrotnie stężenie

pierwiastków w tych materiałach przekracza 50%,
wyróżniamy:

• Stale żaroodporne,
• Stale do pracy w obniżonej temp.,
• Stale i stopy o szczególnych właściwościach

fizycznych,

• Stale i stopy o szczególnych właściwościach

mechanicznych,

• Stale odporne na korozje.

Odlewnicze stopy żelaza -

Staliwa.

Staliwo to stop żelaza z węglem, zawartość C ok. 2%, to

odlana stal do wlewnic lub form w których krzepnąc uzyskuje
wymagany użytkowy kształt, dzielimy na:

1.

Węglowe (niestopowe) - własności staliw węglowych zależą
głównie od zawartości C, czystości i warunków odlewania,
celem poprawy ich własności poddaje się je obróbce cieplnej
np. 350 - 550 oraz 350 - 550W

,

2.

Stopowe - zawierają dodatki innych pierwiastków – głównie
Ni, Cr, Si, Mo; oznakowanie od litery G lub L. Dzielimy na:

• Niskostopowe – stęż. pierw. stopowych nie przekracza 2,5%,
• Średniostopowe – stęż. pierw. stopowych od 2,5-5%,
• Wysokostopowe – stęż. pierw. powyżej 5%.

Odlewnicze stopy żelaza -

Żeliwa.

Żeliwa to stopy odlewnicze na osnowie żelaza

o zawartości C od 2-4%, głównie stosowany w
budowie maszyn, najbardziej popularny materiał
odlewniczy (masowo stanowi ok. 90%
odlewów). Wynika to z wielu jego zalet: łatwość
nadania kształtów, cena, niska temp. odlewania,
dobre własności mechaniczne i technologiczne.

W strukturze żeliwa znajduje się grafit, który

wpływa osłabiająco na metal powodując jego
mniejszą wytrzymałość i ciągliwość, dużą
zdolność tłumienia i lepsze właściwości
odlewnicze.

Żeliwa – podział.

1.Niestopowe (węglowe)

– dzielimy na:

• Szare - grafit występuje w postaci płatkowej, struktura

ferrytyczna, oznacza się trzycyfrową liczbą, wyrażającą jego
wytrzymałość (w MPa) np.100,150...350;

• Modyfikowane – modyfikowanie polega na odgazowaniu kąpieli

i wymuszeniu heterogeniczne zarodkowanie grafitu, jako
modyfikatora używa się Fe – Si, Ca – Si lub Al w ilości 0,1-
0,5%, zastosowanie tej operacji umożliwia uzyskanie żeliwa o
wytrzymałości 300-400[MPa], jednak o dużej kruchości;

• Sferoidalne - otrzymuje się poprzez modyfikację odp. rodzaju

żeliwa szarego, jako modyfikatora używa się Mg, Ce lub Na,
grafit występuje w postaci kulistej, oznaczenie - np. 350- 22.

Żeliwa – podział.

2. Białe

- nie znalazło bezpośredniego zastosowania, stanowi ono półprodukt do

wytwarzania żeliwa ciągliwego.

3. Ciągliwe

- otrzymuje się przez długotrwałe wyżarzanie żeliwa białego

(grafityzacji), podczas którego Fe

3

C ulega rozpadowi i wydziela się grafit w postaci

kłaczkowatej, żeliwo ciągliwe można podzielić na:

• Żeliwo ciągliwe białe (W); otrzym. w atm. utleniającej [950 –1000

0

C],

• Żeliwo ciągliwe czarne (B);otrzym. w atm. obojętnej [900 – 1050

0

C],

• Żeliwo perlityczne ( P ); otrzym.w atm. obojętnej [900 – 1050

0

C].

Oznaczanie: np. W35 – 04, B30 – 06, P45 – 06.

Żeliwa – podział.

4. Stopowe

- do żeliw stopowych są

wprowadzane najczęściej dodatki pierwiastków
tj. Ni, Cr, Si, Al., Cu, Mo, V, Ti i W – celem
polepszenia ich własności użytkowych, a w
szczególności:

• zwiększenia własności mechanicznych,
• zwiększenia odporności na ścieranie,
• polepszenia odporności korozyjnej,
• polepszenia odporności na działanie wysokich

temperatur,

• polepszenie własności fizycznych np.

magnetycznych lub elektrycznych.

Metale nieżelazne.

To wszystkie metale, z wyjątkiem żelaza. Dzięki

szerokiemu wachlarzowi właściwości fizycznych,
chemicznych, mechanicznych i technologicznych
znajdują bardzo szerokie zastosowanie w wielu
dziedzinach techniki, często zaspokajając najbardziej
wygórowane wymagania różnego rodzaju.
Metale nieżelazne i ich stopy można podzielić na dwie
zasadnicze grupy:

• metale lekkie - Al, Mg, Ti i ich stopy,
• metale ciężkie - Cu, Zn, Ni, Sn, Pb, Cd i ich stopy.

Metale nieżelazne - aluminium.

Aluminium nie wykazuje odmian alotropowych oraz ma małą

gęstość – 2,69 g/cm

3

. Własności wytrzymałościowe czystego

Al są stosunkowo niskie, aby je podwyższyć stosuje się stopy.
Ze względu na sposób wytwarzania stopy Al dzieli się na:

• odlewnicze – stopy wieloskładnikowe o większej zawartości

pierwiastków stopowych od 5-25%, głównymi pierwiastkami
stopowymi są Si, Cu, Mg, Zn i Ni, cechują się one dobrą
lejnością i małym skurczem,

• do obróbki plastycznej – zawierają mniejszą ilość dodatków

stopowych do ok. 5%, niektóre stopy można poddawać
utwardzaniu wydzieleniowemu, po którym ich własności
wytrzymałościowe są zbliżone do stali.

Metale nieżelazne - tytan.

Tytan jest bardzo wytrzymałym metalem i dwa razy lżejszy od stali węglowych i stopowych

oraz od większości metali nieżelaznych. Stopy tytanu posiadają znakomitą odporność na
korozje, żarowytrzymałość do 500°C i żaroodporność do 600°C. Stopy Ti dzielimy na trzy
grupy:

• Stopy jednofazowe o strukturze roztworu α – gł. Skł. są Al, Sn lub Zr,
• Stopy jednofazowe o strukturze roztworu β – o dużej zawartości skł. stopowych, rzadko

stosowane,

• Stopy dwufazowe o strukturze α+β – najczęściej stosowana grupa konstrukcyjna stopów

tytanu, przeznaczona na części maszyn pracujących w szczególnie trudnych warunkach w
chemii, lotnictwie, architekturze, medycynie, kosmonautyce. Zawiera ok. 6% Al, wytrzymałość
jest wyższa niż stopów jednofazowych nawet o 50%.

Rys. 9. Zestawienie podst. parametrów wiązki laserowej oraz sygnałów pozwalających kontrolować proces

laserowego spawania.

Metale nieżelazne - miedź.

Miedź ma dużą przewodność elektryczną, dlatego

znajduje zastosowanie w elektrotechnice i
elektronice.Wytrzymałość i twardość miedzi są jednak
małe. Przez wprowadzanie odpowiednich pierwiastków
stopowych do miedzi mogą powstać:

• Mosiądze - stopy miedzi z cynkiem do 50% Zn i

ewentualnie innymi pierwiastkami (Si, Ni, Al, Fe, Pb, Sn i
in.),

• Brązy - stopy miedzi z cyną i z innymi metalami (Al, Si, Be,

Ni, Mn, Pb i in.), których zawartość jest większa od 2%. W
zależności od głównego pierwiastka stopowego nosi on
odpowiednią nazwę, np. brąz cynowy, aluminiowy itp..