Stale o specjalnych własnościach cieplnych.
Stale i stopy na opory grzewcze.
Własności:
- duży opór właściwy
- mały współczynnik cieplny oporności
- dobra przerabialność plastyczna
- żaroodporność
- dobra spawalność
- dobra plastyczność
Podział:
- oporniki do temp. 300-4500C
Nikielina 35Cu+45Ni
Konstantan 59Cu+40Ni+1Mn
Manganian 84Cu+4Ni+12Mn
- przyrządy laboratoryjne i urządzenia gospodarstwa domowego
Stale Mn-Si-Cu, Cr-Mn-Si, Cr-Si-Cu-Al
- piece laboratoryjne i przemysłowe
austenityczne (1050-12000C) (oporność: 110-120
[jednostka, ale nie w ohm'ach])
Ni80+Cr80
Ni60+Cr15+fe
Ni25+Cr20+Si2+Fe
b) ferrytyczne (1000-13000C) (130-150[jak wyżej])
H13J4 - 10000C
H17J5 - 11500C
H25J5 - 12000C
OH25J5 - 13000C
stopy specjalne (W, Mo), szlachetne (Pt), spiekane SiC, SiMo (13000C-20000C).
Żaroodporność - odporność na utlenianie w wysokiej temp.
Korozja katastroficzna - przepala się od razu co jest związane z jakością podłoża np. ceramika nieodpowiednia (im wyższa temp. tym większy opór).
Stopy o określonym współczynniku rozszerzalności liniowej oraz punkcie przemiany magnetycznej (do połączeń ze szkłem) (alfa- 1,2-20*10-61/0C)
a) stopy o małym współczynniku rozszerzalności cieplnej.
- inwar (35-37% Ni+0,25%C)
- elinwar ≡ inwar+6-12%Cr - sprężyny, kamertony.
stop o stałych własnościach sprężystych
zależność czego od czego?? kto by to wiedział:)
b) stopy o dużym współczynniku rozszerzalności cieplnej Ni14Mn7, Ni20Mn6,Ni25 (termobimetale) - (17,5-20)x10-61/0C
c) stopy do połączeń ze szkłem (6-8,0x10-61/0C)
FeNi, FeNi28Co16, FeNi46Cr1, - zakres0-4000C (liniowa rozszerzalność).
Bimetal - rodzaj sztabki zbudowanej z dwóch metali. Są to dwie blachy o różnym współczynniku rozszerzalności zgrzane ze sobą. Przy podgrzewaniu takiego bimetalu różnica współczynników rozszerzalności sprawia, że bimetal wygina się w jedną stronę (zwieranie styków itp.)
Stopy o określonej sile termoelektrycznej (termoelement, przewody kompensacyjne).
a) metale nieszlachetne:
Cu - const. <5000C
Ag - const. <6000C
NiCr - const. <8000C
Fe - const. <7000C
NiCr - Ni <10000C
b) metale szlachetne
PtRh-Pt <13000C
PtRh-Pt <14000C
c) stopy specjalne.
Ir-IrRh <20000C
W-Ir <22000C
W-Mo <22000C
W-WRe <23000C
C-W <24000C
W-Mo-W <26000C
C-SiC <27000C
4. Stale i stopy z żelazem o specjalnych własnościach magnetycznych.
Pętla histerezy
u>>1
5. Magnetycznie twarde (Al., Ni, Co, Fe ) stopy hartowane, twarde dyspersyjne
Naprężenia (zgniot, przemiana magnetyczna (?), procesy strzeżenia)
Rozdrobnienie ziarn
Rozpad roztworu stałego na mieszaninę faz lub jej uporządkowanie
stale (C 0,95-1,05%; Mn 0,2-0,4%; Cr 3,5-10%; W 5-6%; Co 5,5-16,5%)
po hartowaniu min węglików + aust. sz.
Obróbka cieplna
- hartowanie 1050 (EH14) do 1250 (EM9K15M) - rozpad węglików
- hartowanie 810 - 1000ºC drobnopyłkowy martenzyt
- odpuszczenie 100 - 120ºC - usunięcie naprężeń hartowniczych
(magnesy dla prądów silnych i słabych, magnesy licznikowe, indukowane, profilowe)
stopy Al. - Ni - Co
Al. - Ni 25Ni - 12Al - 4Cu
Al - Ni - Co 12 12Ni - 10Al - 12Co - 4Cu
Al - Ni - Co 20 20 Ni - 8Al - 20 Co - 4Cu
Al - Ni - Co 30 18Ni - 7Al - 28Co - 4Cu
Z obróbki cieplnej w polu magnetycznym
Krystalizację kierunkową
Viallay - własności magnetyczne kontrolowane przez zgniot i obróbkę cieplną
stopy Al. - Ni - Co - Są to stopy twarde, kruche, nieprzerobione plastycznie i skrawaniem. Odlewnicze lub metodą proszkową.
Magnetycznie miękkie (C ≤ 0,02 %, P(?)≤ 0,015%, ζ(ro - chyba ma tak być ≤0,015%)
Własności magnetyczne stabilizuje Si (ok. 4%). Struktura gruboziarnista (gnioty kryt. + wyżarzanie w 1000 ºC + (? -nie wiem co to za skrót) redukujące. Dla przeciwdziałania kruchości w (? - nie wiem co to za skrót) dodaje się 0,1 % C + 1-3% Si.
W technice stosuje się :
Fe + 2,5-4,5% Si - izotropowe o teksturze Gossa
Fe 64Ni36 - o dużej przenikalności lub stałej przenikalności.
Fe50Ni50 - izotropowe o strukturze kostkowej
Ni78Fe22 - Feromdley
Ni79Fe16Mo - Seperpermdlay
Blachy, urządzenia transformujące.
Stale i stopy niemagnetyczne ( μ>1)
Zawierają dużą ilość Mn, Ni + Cr i Si np. G18H3, N13G5, N2 (pierścienie wirników, generatorów, sworznie do rdzeni, transformatorów, osłony komputerowe, elementy kineskopów).
Magnezy nowej generacji
Stal twarda -(BH) max ~3 kJm -3
Al. - Ni - Co - (BH) max ~ 90kJm-3 (1950)
Y Ca5 → SmCo (1983) BH(max) 280 kJm-3 (drogie)
Nd2Fe14B (1986) HBmax >300 (tańsze) - tracą własności w temperaturze wyższej od pokojowej
Zastosowanie magnesów:
Samochód - silniki, rozruszniki, wycieraczki, podnoszenie okien, wentylatory
Dom - modelarstwo, video, zegary
Elektronika, przyrządy
Stale o specjalnych właściwościach mechanicznych:
Stal Hodfielda 11G12 C: Mn=1:10 (1-1,3%C)
950-1000°C/ powietrze→ austenit + węglik
950-1000°C/woda→ austenit
Stal 55G15 - na pręty świdrowe z otworem (dla hutnictwa)
Stale utwardzone dyspersyjne
Dobra odporność korozyjna, stabilna struktura i własności (<500°C), spawalność, tłoczność(odkształcalność) w przetwórstwie + spawalność (technologicznie).
V-VI
Statyczna proba rozciagania
Na jej podstawie wyznaczamy wlsanosci plastyczne i wytrzymałościowe
Polega na jednoosiowym rozciaganiu
Charakterystyczne wykresy rozciagania stali (sory nie mam już corela :])
NAPRĘŻENIE
ξ= F/S0 F- siła rozciągająca
S0 - przekrój początkowy próbki
WYDŁUŻENIE WZGLĘDNE
ε =
Lu - dl. Po zerwaniu
Lo - dl początkowa
GRANICA PROPORCJONALNOŚCI
RH =
, Mpa, ξ= ε*E E - moduł Younga (sprężystości podłużnej)
E= 2,1 *105 Mpa
GARANICA SPRĘŻYSTOŚCI
RSP=
Mpa εs =0,005- 0,01%
GRANICA PLASTYCZNOŚCI (UMOWNA)
Re
, Mpa ε0= 0,2%
GRANICA WYTRZYMLAOSCI NA ROZCIAGANIE
Rm=
Z=
- PRZEWEŻENIE
A=
- WYDLUZENIE
WARUNKI STATYCZNEJ PROBY ROZCIAGANIA
Vodksztalcenie< 30MPa/s lub 0,9% L0/ min
Do RH - granicy proporcjonalności
δ = E*ε PRAWO HOOKE'A
E-MODUL Younga (sprężystości podluznej)
WŁASNOŚCI WYTRZYMALOSCIOWE : RM,R02 lub Re,RSp, E
WLASOSCI PLASTYCZNE MATERIALU : A, Z , U
A = εrównomierne + εnierównomierne
εnierównomierne =
↑ εnierównomierne↓
DLA PROBEK NIEKOLOWYCH
→ d0 1.13
Z=
- PRZEWEZENIE
WPŁYW SZYBKOŚCI ODKSZTAŁCENIA NA PODWYŻSZENIE R02 lub Re
V - SZYBKOŚĆ ODKSZTALCENIA
VII-VIII
stosunek długości do średnicy: 1,5; 3; 10
statyczna próba zginania
Zgięcie może być trój punktowe lub cztero.
Rg = Mg/Wg Mg - moment gnący,
Wg - wskaźnik przekroju przy zginaniu W = Wx/e
Mg = P*l/4 P - siła, l - długość belki
ściskanie
X x
e Rozciąganie
Wx = Ix/e - wskaźnik wytrzymałości na zginanie
Ix - moment bezwładności względem osi zginania,
Wx - wskaźnik wytrz. Na zginanie
e - odległość skrajna belki zginanej
szybkość < 5mm/min
Próbka płaska b - szerokość, h - wysokość Wg = bh2/6
pomiar udarności: (próba udarności) metodą młota Charpyego
KC = K/So, I/cm2 K - praca uderzenia
So - przekrój próbki w miejscu karbu,
Po odbiciu młotka strzałka wskazuje energię potrzebną do złamania próbki,
Udarność - odporność na obciążenia udarowe.
Mesnager - 213I/cm2, Charpy U - 143I/cm2; Charpy V - 65I/cm2; DVM - 271I/cm2
Kryterium udarności (KC ≥35I/cm2)
Kryterium ciągliwości przełomu ( >50% powierzchni)
Kryterium plastyczności ( A>1%)
Postulaty materiałowe:
przy średnich wymaganiach wytrzymałościowych stosuje się stan walcowany, kuty lub ciągniony,
dla wyższych wymagań stosuje się stan ulepszony cieplnie,
hartowność należy analizować na tle stanu naprężeń,
należy uwzględnić kryteria ekonomiczne.
Pomiar twardości: P = cdn(2) - prawa Mayera
Metody statyczne - Brinell, Rockwell, Vickers
Wzory, parametry metod:
Siła w „N”, D oraz d w „mm”,
siła w kG - kilogram siły
W Rockwell - są dwa obciążenia - wstepne i główne. Vickers na podstawie metody Brinella.
Obróbka plastyczna na zimno:
Przy zgniocie wzrastają własności wytrzymałościowe, a maleją plastyczneIX-X
Badania własności zmęczeniowych
Naprężenie średnie Бm = (Бmax+ Б min)/2
Naprężenie amplitudowe Бa= (Б max - Б min)/2
H= Бm / Бa - współczynnik stałości cyklu
R= Бmin/Бmax - współczynnik asymetrii cyklu
Żeby wyznaczyć wytrzymałość zmęczeniową, wyznacza się krzywą:
Zakłada się liczbę cykli:
Liczba cykli 10x106 - dla stali
100x106 - dla stopów nieżelaznych
Zgniot - całokształt zmian budowy krystalicznej metalu lub stopu oraz jego właściwości fizycznych wyniku odkształcenia plastycznego na zimno
XI-XII
Podczas obciążenia największe obciążenia występują na powierzchni...
Ze stosunków przekrojów można wyznaczyć liczbę bezpieczeństwa (badania na złomach zmęczeniowych)
Jeżeli obciążenie jest małe to przełom zmęczeniowy jest duży a doraźny jest mały
Przy dużym obciążeniu mniejszy jest przełom zmęczeniowy a większy doraźny
Stosunek przełomu zmęczeniowego do doraźnego może być podstawa wyznaczania liczby bezpieczeństwa
Linie ekstruzji i intruzji- składają się na linie zmęczenia
HARTOWNOSC MATERIAŁU
Metoda doboru materiału pod względem dopasowania jego własności do stanu obciążenia
Średnica krytyczna - jest największa średnica pręta hartującego się jeszcze na wskroś tj. według przyjętego kryterium struktury rdzenia (w rdzeniu 50% martenzytu) - jest zahartowany
Współczynnik intensywności hartowania - określa nam szybkość odprowadzania ciepła podczas oziębiania hartowniczego przedmiotu
Przekrój miarodajny - jest największym przekrojem kłowym, w którym struktura wykazuje jednakowe własności ( twardość, wytrzymałość itp.)
Przekrój równoważny - przekrój kołowy, którego środek znajduje się identycznie jak środek przekroju zastępczego
Hartowność- jest to zdolność do tworzenia struktury, martezytycznej czyli utwardzania się w głąb materiału podczas oziębiania się z temp. Hartowania
O hartowności decydują:
Skład chemiczny (im większe stężenie węgla i pierwiastków stopowych tym hartowność jest większa)
Wielkość ziarna(stale gruboziarniste hartują się głębiej
Szybkość oziębiania(im większa szybkość oziębiania tym hartowność większa)
Jednorodności austenitu ( im wiesza jednorodność tym hartowność większa)
Metody oceny hartowności:
Bain`a Grossmana (krzywych „U”)- próbki o rożnych średnicach dla każdego gatunku stali inne próbki. Nagrzewa się do temp. Austenitu i ochładza się od powierzchni mierzy się twardość
Metoda Jaminy - wynik np. J0 - 54- 4 54 - twardość na głębokość 4 mmm
Pasma hartowności
Od największej wartości uzyskanej do najmniejszej
Reprezentacja wszystkich próbek z danego gatunku stali
XIII-XIV
Twardość materiału zależy od stężenia węgla, oraz ilości martenzytu, a ta zależy od rodzaju hartowania - czyli współczynnika odprowadzania ciepła.
Wielkość ziarna jest funkcją temperatury (i czasu )austenityzacji.
Idealna śr. Krytyczna podstawowa
- śr. Minimalna fla której uzyskuje się 50% martenzytu.
- funkcja stężenia węgla i wielkości ziarna.
Idealna śr. Krytyczna stali stopowych - idealna śr. Krytyczna podstawowa
DI = DJC ∙ k1 ∙ k2 ∙ k3 ∙ k4 ∙ … ∙ kn
Przykład:
Dobrać gatunek stali na wałek o średnicy 40mm w stanie ulepszonym cieplnie R0,2 ≥ 760 MPa w rdzeniu. Wałek posiada osadzenia.
Etap:
Bierzemy wykres z relacją pomiędzy twardością, a wytrzymałością materiału . Odczytuje się twardość dla Ra 760 ≥ MPa wybiera się dolną granice i mamy : 28 HRC.
Twardość po hartowaniu. 34 HRC z wykresu.
Kolejny wykres - stwierdzamy ile węgla musi być w tej stali.
Zdolność Hollanon - Joffe
M = T ( C+ lgτ )
T1 = ( C + lgT1)= T2( C + lgT3)
0,25% C jest min. dla 50% martenzytu.
Następnie z pasma hartowności odległości od czoła, biedze się karty materiałowe i odczytuje się jaka jest stal dla której odległość od czoła wynosi 10mm i twardość 38HRC. Stal 30 H.
Naprężenia cieplne:
współrzędne punktu w strukturze
T = f (x,y,z,τ) czas
1) T ≠ f(τ) - pole ustalone
2) T = f(τ) - pole nieustalone
Prawo Fouriera - mówi o szybkości odprowadzania ciepła.
q = -C grad T [kcal / m2∙h]
q = -λ - kula, walec o średnicy D = 2K
Po scałkowaniu równania
T = Vτ - (R2-r2) a = - współczynnik przewodności temperaturowej
λ - Współczynnik przewodności ciepła
r = f(T, τ) - chwilowy promień γ - masa właściwa
R - promień wsadu
V - szybkość nagrzewania
XV-XVI
Naprężenia cieplne
- pole ustalone
- pole nieustalone
Prawo Fouriera
q -strumień ciepła; zależy od gradientu temperatury i współczynnika
-kula o średnicy D=2K
Po scałkowaniu równania
-gradient temperatury
-szybkość nagrzewania
Ekstremalnie
-naprężenia
-współczynnik rozszerzalności cieplnej (liniowy)
-moduł Younga
-współczynnik promieniowania
-temperatura pieca
-współczynniki przewodnictwa
Naprężenia hartownicze
- cieplne (5,71) - związane z różnicą temperatur na przekroju przedmiotu
- strukturalne (5,71) - związane z przemianami strukturalnymi, zmianą stężenia pierwiastków, z przemianami fazowymi
5.71, 5.72
Czynniki:
- skład stali C, pierwiastki stopowe
,
(Nagrzewanie konwencjonalne lub udarowe, indukcyjne. Przy wyżarzaniu jest wolne chłodzenie.)
-
-temperatura hartowania
-
-szybkość chłodzenia
-
-grubość ziarna (im grubsze ziarno tym naprężenia większe)
Różnica
temperatury między powierzchnią (pierścieniem) a rdzeniem wywołuje naprężenia. W rdzeniu są naprężenia ściskające. Rdzeń wywołuje naprężenia rozciągające.
Układy klasyfikacyjne
Przykładowe kryteria klasyfikacji stali.
Kryteria podziału |
Przykładowe rodzaje i grupy stali |
Skład chemiczny |
niestopowa (węglowa) , stopowe |
Podstawowe zastosowanie |
konstrukcyjne, narzędziowe, o szczególnych własnościach |
Jakość (m.in. stężenie S i P) |
jakościowa i specjalna |
Sposób wytwarzania |
martenowska, elektryczna, konwektorowa i inne |
Sposób odtleniania |
uspokojona, półspokojna, nieuspokojona |
Rodzaj produktów |
blachy, pręty, druty, rury, odkuwki itp. |
Postać |
lana, kuta, walcowana na gorąco, walcowana na zimno, ciągana |
Stan kwalifikacyjny |
surowy, wyżarzony normalizująco, ulepszony cieplnie i inne |
stal - plastycznie i cieplnie obrobiony stop żelaza z węglem (<2%) i innymi pierwiastkami otrzymany w procesach stalewniczych ze stanu ciekłego.
XVII-XVIII
Ze względu na skład chemiczny:
Wg. zawartości pierwiastków
Niestopowe (węglowe)
Mn≤1,65%, Si≤0,5%, Cu, Pb≤0,4%, Ni, Cr≤0,3%
Al., Bi, Co, Se, Te, V, W≤0,1% lantanowce, Ti≤0,05%, Mn≤0.08%, Nb≤0,06
Stopowe
- niskostopowe -1 pierwiastek≤2% reszta P≤3,5%
-średniostopowe - 1 pierwiastek≤8% (2-8%), reszta≤12%
-wysokostopowe - 1 pierwiastek ≤8% reszta ≤55%
Wg. stopnia odtlenienia
- stal uspokojona
- stal półspokojna
- stal nieuspokojona
Uspokojenie - w stali występują tlenki redukujące się postać tlenkową na czyste żelazo. Można zlikwidować ten związek pierwiastkami.
Stale nieuspokojone są podatniejsze na odkształcenia, mniej wytrzymałe. Tlenki są w postaci pęcherzyków, które są tak na prawdę drobnymi szczelinami i pęknięciami.
Przy stali uspokojonej jest jama skurczowa, jest głowa wlewka, ślepa wlewka. Są wadliwe na końcówkach. Są metody ciągłego odlewania, gdzie nie ma jam skurczowych.
Stale konstrukcyjne stopowe
Wpływ dodatków stopowych:
- umocnienie ferrytu pierwiastkami stopowymi
- umocnienie ferrytu przez wydzielenie faz dyspersyjnych (węgliki, azotki, borki)
- rozdrobnienie ziarna, produktów przemiany austenitu przechłodzonego
-opóźnienie procesów odpuszczania.
(7.52-7.60)
Dolna granica plastyczności δ= δo+kd-1/2 - Holl-Petch
δo - naprężenie tarcia sieci swobodnych dyslokacji
k - stała (współczynnik blokowania dyslokacji)
d- średnica ziarn
Regulacje struktury:
Składem chemicznym stali
Modyfikacją wtrąceń niemetalicznych
Regulowane walcowanie (hamowanie rozrostu ziarn)
-temp. Walcowania
-wielkość gniotu, ilość przepustów
-wydzieleniami
-regulowane chłodzenie po walcowaniu
4.Obróbka cieplna (stale bainityczne), (ulepszenie cieplne, przesycanie)
Wpływ pierwiastków stopowych na właściwości stali:
- pierwiastki ferrytotwórcze (Si, Al., Br, Cr, W, Mo, Sb, V, Ti) podwyższa temp. Ac1
- pierwiastki austenitotwórcze (Mn, Ni, Pb)- obniżają temp Ac1, zmieniają charakterystyczne punkty.
XIX-XX
Wszystkie pierwiastki stopowe oprócz kobaltu przesuwają linię przemian od osi temp (CTP - linie) Zmniejszają szybkość krytyczną chłodzenia.
Im mniejsza szybkośc chłodzenia tym mniejsze naprężenia.
Stale:
perlityczne
bainityczne
martenzytyczne
Chłodzenie w powietrzu (wyżarzanie):
podeutektoidalne
eutektoidalne
nadeutektoidalne
ledeburytyczne
ferrytyczne lub austenityczne
dwufazowe:
ferrytyczno - austenityczne
ferrytyczno - martenzytyczne
XXI-XXIV
11. Azot
- w ilości 0,15 - 0,20% tworzy azotki chromu - działanie szkodliwe
- czym więcej azotu tym mniejsza odporność na korozję naprężeniową
12. Bar
- 0,003% zwiększa odporność na działanie wody morskiej o 20%
- poniżej 0,007% (pasywacja) zwiększa się odporność na korozję ogólną i międzykrystaliczną
13. Wanad
- nieznacznie zwiększa odporność na korozję
14. Glin
- ujemny wpływ
Inne: Kobalt, Ołów, Tantal, Cynk, Wolfram, Cyrkon - w stalach odpornych na korozję, austenitycznych - wpływ obojętny
Ag i Re - sprzyjają pasywacji, zmniejszają odporność na korozję Se i Te.
Wszystkie pierwiastki z grupy „inne” - w stalach o małej i średniej zawartości pierwiastków stopowych - wpływ nie jest znany.
Wykład 29.04.2005r.
-ekspansja sieci - zwiększenie parametru
-kontrakcja sieci - zmniejszenie parametru
Pierwiastki stopowe mogą być dodawane, gdy zastosuje się odpowiednią obróbkę cieplną.
W stali występują węgliki, azotki, borki. Oddziaływują bardzo silnie. Rozpuszczają się w sieci, lub łączą się z pierwiastkiem i tworzą fazy międzywęzłowe. Tworzą odmienny typ sieci. Powodują stan naprężenia i wzmocnienia stali. Hartuje się później odpuszcza i wydziela się węgliki, wzrastają niektóre właściwości, a twardość spada.
Im większy okres tym większa zdolność węglikotwórcza. Im mniejsza grupa tym większa zdolność węglikotwórcza. Węgliki pierwotne wydzielają się w stanie krzepnięcia.
Pierwiastki stopowe wpływają na rodzaj węglików. Wpływają również na opóźnienia procesów odpuszczania. Po hartowaniu musi być odpuszczanie, aby wyeliminować naprężenie hartownicze.
Może nastąpić wzrost twardości po odpuszczeniu - twardość wtórna - powodują to niektóre pierwiastki stopowe.
Ze względu na skład chemiczny:
- stale stopowe
- stale nierdzewne zawierające 10,5%Cr i ≤ 1,2%C
- stale stopowe
Stale niestopowe:
Stale jakościowe - określa się wymagania dotyczące: ciągliwości, podatności na obróbkę plastyczną, wielkości ziarna.
Stale specjalne (czystsze od jakościowych) przeznaczone do ulepszenia cieplnego lub hartowania powierzchniowego. Spełniają jeden lub więcej warunków:
- wymagana udarność w stanie ulepszonym cieplnie,
- wymagana głębokość utwardzenia powierzchniowego lub twardość powierzchni po hartowaniu,
- niski udział wtrąceń niemetalicznych,
- maksymalne stężenie fosforu i siarki ≤ 0,020% dla analizy wytopowej i ≤ 0,025% dla analizy kontrolnej,
- minimalna udarność w -500 C: KV > 27 J określona na próbkach wzdłużnych lub ≥ 16 J,
- na próbkach poprzecznych,
- przewodność elektryczna właściwa > 9 Sm/mm2
Stale stopowe ze względu na główne pierwiastki stopowe:
-manganowe
-krzemowe
-chromowe
-chromowo - niklowo - molibdenowe
-chromowo - niklowe itd.
Ze względu na jakość, właściwości, zastosowanie:
Stale jakościowe (nie są przeznaczone do ulepszania cieplnego lub hartowania powierzchniowego). Dzielą się na:
- stale konstrukcyjne drobnoziarniste spawane (zbiorniki, rurociągi pracujące pod ciśnieniem)
- stale stopowe na szyny, grodzie, kształtowniki, na odlewy górnicze
- stale stopowe na produkty gładkie: walcowane na zimno lub na gorąco, przeznaczone do dalszej obróbki plastycznej na zimno.
-stale elektrotechniczne
- stale stopowe z miedzią
STALE SPACJALNE:
- maszynowe
- na urządzenia ciśnieniowe
- konstrukcyjne
- szybkotnące
- narzędzia stopowe
- na łożyska toczne
- szczególnych własnościach fizycznych
Oznaczenie stali.
Na początku stężenie węgla C35 - niestopowa 0,35%C, jeżeli w tej stali mamy powyżej 1%> jakiegoś pierwiastka np. Mn to C się już nie pisze.
X - stale stopowe, później wymienia się pierwiastki
HS - szybkotnące
Własności mechaniczne:
S - stale konstrukcyjne
E - maszynowe
P - na narzędzia ciśnieniowe
H - produkty płaskie walcowane na zimno itp.
Do stali musi być wydany przez hutę atest, w którym są zawarte własności i skład.
GRUPY STALI SPAWALNYCH:
Stale spawalne o podwyższonej wytrzymałości
90% konstrukcji jest spawalna
Niskostopowe (0,20%C) - ferytyczno - perlityczne (corten) <0,04%Al, 0,15%V, 0,09%Ti, 0,05%Nb, 0,15%W stan: regulowane walcowanie lub normalizowanie R0,2 380-490 MPa
Bainityczne (Fortiweld)
0,15%C, 0,6%Mn, 0,5%Mo, 0,003B, R0,2 490 - 690MPa
Ulepszane cieplne - sorbityczne 0,15%C, 0,8%Mn, 0,8%Ni, R0,2 = 690-700 MPa
EFEKTY:
Zmniejszenie zużycia stali,
Mniejsze zużycie energii do wytworzenia produktu finalnego
Ograniczenie drogich i deficytowych pierwiastków stopowych oraz obróbki cieplnej
Zmniejszenie pracochłonności na jednostkę wyrobu
Zmniejszenie degradacji środowiska
MATERIAŁY SPAWALNE DZIELĄ SIĘ NA:
Łatwo spawalne - po spawaniu nie ma podhartowania bez zabiegów przed i po spawania +>5oC, g < 40mm
Średnio spawalne - większe elektrody, większe J, mniejsze Usp lub podgrzewanie elementów łącznych
Trudno spawalne - uwarunkowanie jak do średnio spawalnych i dodatkowa obróbka cieplna po spawaniu
Nie spawalne.
PRZY OKREŚLENIU SPAWALNOŚCI WYRÓŻNIA SIĘ PONADTO:
Spawalność technologiczną (Tsp, metoda, technika itp.)
Spawalność konstrukcyjna (sztywność konstrukcji, rodzaj konstrukcji, wielkość spoin itp.)
CE = C + M/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (N+Cu)/15 % CE < 0,40%
CE - stężenie zastępcze
HVmin = 1200 - CE - 260 HVmax = 1200CE - 200 <350 MPa
Do oceny jakości złącz spawanych wprowadzono 30 rodzajów prób, które określają odporność stali na kruche pękanie i wrażliwość na pękanie na zimno i na gorąco
XXV-XXVI
Rz ႽၴႽT - czasowa wytrzymałość na pełzanie (100 000h)-wartość naprężenia, przy którym po upływie określonego czasu w danej temperaturze następuje zerwanie próbki
RxႽၴႽT - czasowa granica pełzania, (10 000h) - wartość naprężenia, które po upływie określonego czasu w danej temperaturze powoduje odkształcenie o określonej wielkości (odpowiednik granicy plastyczności)
1.Stale ulepszone cieplnie:
a)ferrytyczno - perlityczne -- 0,1-0,2%C
b)perlityczne \
c)bainityczne / ------- 0,2-0,3%C
d)martenzytyczne ---0,3-0,45%C
ၦ- temperatura pracy 350-575ႰC
d- 600-900ႰC
a \
b }Ⴎ blachy kotłowe ,elementy turbin ,rury podgzrewane
c /
d ---- zawory silników
2.Stale ferrytyczne
- 850-950ႰC H652 , 2M17
-do 1050ႰC H18JS
-do 1200ႰC H24JS
3.Stale austenityczne
14%Cr , 14%Ni 18%Cr , 8%Ni 23%Cr , 18%Ni 25%Cr , 20%Ni
<900ႰC <900ႰC <1100ႰC <1200ႰC
<700ႰC <900Ⴐ
4.Nadstopy
nimonic - 0,1%C do 80%Ni do 20%Cr + 3%Ti + 1,5%Al.
vitolium - 0,1%C do 65%Co do 27%Cr + 3%Ni + 5%Mo + N , Tg
wprowadzenie do stali dodatków Ti , Nb , %Ti Ⴓ 4%C , %Nb Ⴓ 8%C
stale Cr-Ni-Mn
OH17N4G8 , 1H17N4G9 , H13N4G9
5.Stale Meraging (martenzytyczne starzejące się) ( (str.25))
Stale o Ms>Totocz.—(temp otoczenia) ----martenzytyczne
0,04%C , 0,25%Mn , 0,60%Si , 16%Cr , 10%Ni , 40%Ni , 3,2%...(brak niestety pierwiastka na kserówce:P)
a)Hartowanie: 1000-1050ႰC / olej --- powietrze
austenit
Rm-1100Mpa Re-700Mpa A5-13%
b)Starzenie : 450-550ႰC /4h
austenit wydzieleniowy
Rm-1400Mpa Re-1200Mpa A5-35%
2) Stale Ms<Totocz. 0ႰC
0,07%C , 0,6%Mn , 0,4%Si ,17%Cr , 7%Ni , 1,1%Al.
a)Hartowanie: 1050-1100ႰC /powietrze
austenit
Rm-1000MPa Re-400Mpa A5-35%
b) Wymrażanie do 75ႰC
martenzyt Rm-1400MPa Re-1250MPa A5- 10%
c)Starzenie
martenzyt + wydzielenia
Rm-1600MPa Re---1500MPa A5—6%
Materiały żarowytrzymałe i żaroodporne
Materiał w podwyższonej temp. pełza
Przy obciążeniu wydłuża się
*wzrost żarowytrzymałości
-umocnienie przez zgniot
-zmiana struktury roztworu stałego (Tr.ferr.<Tr.aust.)
-wzrost wielkości ziarna
-umocnienie roztworu pierwiastkami stopowymi (Mo,Co,W,V,Ti,Cr,Si)
-wydzielenie faz o danej dyspersji
3 stadia pełzania:
I-----
II----
III----
XXVII-XXVIII
Miedź zmniejsza ubytki o 20% w ciągu pierwszych 5 lat 0,35-0,40% ubytki 40-50% w dalszym okresie
Cr- dopiero przy6 stężeniu 1%
3-4% Cr zmniejsza ubytki o 60-70%
Stale nierdzewne ( o zawartości Cr 12-13%)
- niskowęglowe < 0,15%C- OH13, OH13> TH13
Wykładziny zbiorników zwykłych i ciśnieniowych, przemysł naftowy, koksownie, łopatki turbin pasowych i wodnych.
- średniowęglowe 0,15%-<C<0,35%
Wały, śruby, części pomp, formy do odlewów pod ciśnieniem
200-300˚C narzędzia tnące
350- 400˚C sprężyny
600-700˚C części o wysokiej wytrzymałości i ciągliwości
- węglowe >0,35%C 4H13
Części odporne na ścieranie i korozję np. narzędzia skrawające, łożyska kulkowe
Stale nierdzewne (12-13%Cr) powinny spełniać następujące warunki:
- możliwie duża odporność na odpuszczanie (opóźniają proces odpuszczania)
- brak w strukturze ferrytu δ
- temperatura Ms powyżej temperatury pokojowej
- względnie wysoka temperatura Ac1
3. Stale kwasoodporne
- ferrytyczne stale wysokochromowe (17-27% Cr dodatki Al., Mo,Ni, Ti) H17T przemysł chemiczny, spożywczy
H18 części odporne na ścieranie i korozję
Po dodaniu Si i Al. Jako materiał o dużej żaroodporności,
- stale kwasoodporne z kontrolowaną przemianą (17%Cr, 4% Ni) Temperatura Ms poniżej temperatury pokojowej.
- austenityczne stale kwasoodporne (18% Cr, 8% Ni, 0.1%C) 1H18N9, 1H18N9T
Własności stali w stanie przesyconym Rm~590MPa, Re~240MPa,As~40%,Z~55%,HB150
W zakresie temperatur od 500- 650˚C może dojść do wydzielenia z przesyconego roztworu węglika Cr co sprzyja rozwojowi korozji międzykrystalicznej.
· zmniejszenie skłonności do korozji międzykrystalicznej zmniejszenie zawartości węgla
STALE NIERDZEWNE I SPECJALNE
Materiały kwaso-zasado odporne, żaroodporne (stal kwasoodporna jest zawsze żaroodporna)
Korozja:
- w środowisku wilgotnym
- mechanizm elektrochemiczny
- …
Warstewka pasywacji blokuje korozję materiału ( uodpornienie) na korozję
Stale nierdzewne dzielą się na :
- zawierające ≥2,5% Ni
- <2,5% Ni
Oraz na:
- odporne na korozję
- żaroodporne - odporne na korozję elektrochemiczną w wysokiej temperaturze
- żarowytrzymałe - zachowuje własności mechaniczne w podwyższonej temperaturze
· Stale Specjalne
Odporne na korozję
trudno rdzewiejące ( atmosfera przemysłowa, morska)
nierdzewne ( atmosferyczne, wody naturalne, para wodna, roztwór alkaiczny, nierozcieńczone kwasy organiczne, gorąca para ropy naftowej)
kwasoodporne
· Grupy Stali odpornych na korozję:
- niskostopowa(Cr, Cu, Al., Ni, P )
- martenzytyczne stale chromowe (12-17% Cr, 0.1-1%C)
- chromowe z tzw. Kontrolowaną przemianą (14-17% Cr + %Ni)
- wysokochromowe stale ferrytyczne (15-30% Cr, bardzo mało C, dodatki Mo, Nb, Ti)
- austenityczne (18-25% Cr, 8-20% Ni)
· Stale nierdzewne i kwasoodporne
Stale trudno rdzewiejące
żelazo Armco (Σ zanieczyszczeń <0.1%)
stale do atmosfery przemysłowej(P-Cu, Cr-Cu, Ni-Cu)
stale do atmosfery morskiej (Cr-Al., Cr-Al.-Ni)
Wykresy z książki
Wytrzymałość zmęczeniowa Rz
Krzywa Wohlera
Liczba cykli
naprężenie
Бa
Czas , t
naprężenie
BHmax
100
2000
- Duża przenikalność początkowa
- maks. Stała stała przenikalność
- prostokątne pętle
Materiały izotropowe