POLITECHNIKA ŁÓDZKA Bielsko - Biała 2000-12-22

Filia w Bielsku - Białej

WBM kier. Mechanika

Studia dz. inż. Sem.2

Stale stopowe

Opracował:

1)WSTĘP

Stale stopowe są to stale, w których celowo dodany pierwiastek wywiera wpływ na ich własności fizycznych, chemicznych czy wytrzymałościowych. Do stali stopowych zaliczamy stale, które zawierają większą ilość dodatków stopowych. Nazwę stali przyjmujemy od składników stopowych zawartych w tych stalach. Stale stopowe są oczywiście droższe, więc stosujemy je tylko wtedy, gdy zachodzi potrzeba zastosowania stali o określonych właściwościach. Stosuje się je zwykle po obróbce cieplnej.

Po zakrzepnięciu stali pierwiastki stopowe mogą występować w postaci:

• w roztworze stałym z żelazem

• w fazach międzywęzłowych - węglikach

• w fazach międzymetalicznych z żelazem

• we wtrąceniach niemetalicznych, jak: siarczki, tlenki, azotki

• w postaci wolnej czystego pierwiastka

Najczęściej stosowanymi pierwiastkami stopowymi są Ni, Co, Mn, Cr, Si, Mo.

Co - rozszerza zakres istnienia fazy γ; tworzy węgliki, lecz w stalach żelazo łączy się raczej z węglem niż z kobaltem;

Mn - rozszerza zakres istnienia fazy γ; bardzo zwiększa twardość ferrytu; zwiększa udarność ferrytu do pewnej zawartości procentowej, później ją zmniejsza; tworzy węgliki; tworzy MnS, MnO

Ni - rozszerza zakres istnienia fazy γ; zwiększa twardość ferrytu; zwiększa udarność ferrytu do pewnej zawartości procentowej, później ją zmniejsza; tworzy węgliki, lecz w stalach żelazo łączy się raczej z węglem niż z niklem; tworzy NiS;

Si - zawęża zakres istnienia fazy γ; bardzo zwiększa twardość ferrytu; obniża udarność ferrytu; nie tworzy węglików; tworzy SiO₂;

Cr - zawęża zakres istnienia fazy γ; zwiększa twardość ferrytu; zwiększa udarność ferrytu do pewnej zawartości procentowej, później ją zmniejsza, zwiększa twardość ferrytu; tworzy węgliki

Mo - zawęża zakres istnienia fazy γ; zwiększa twardość ferrytu; obniża udarność ferrytu; tworzy węgliki;

Dodatki stopowe wywierają wpływ na układ równowagi żelazo - węgiel. Przesuwają one temperatury przemian, jak również specjalne punkty wykresu. W związku z tym, że składniki stopowe nie tworzące węglików rozszerzają zakres istnienia austenitu, obniżają one temperaturę przemiany γ w α. Pozostałe składniki węglikotwórcze i zawężające zakres istnienia γ podwyższają temperaturę przemiany. Mangan i nikiel obniżają temperaturę A₁, zaś pozostałe składniki podwyższają, przy czym najbardziej tytan, molibden i wolfram. Przesunięcie temperatury A₃ jest w zasadzie podobne do przesunięcia A₁. Jeśli w danej stali jest kilka dodatków stopowych to wpływ jaki wywierają jest pośredni. Punkt eutektoidalny S jest przesuwany w lewo w stronę najbliższych zawartości węgla przez wszystkie pierwaistki stopowe.

Rozróżnia się następujące struktury stali stopowych:

• perlityczne - są to przeważnie stale konstrukcyjne lub narzędziowe

• bainityczne - mają duże znaczenie, ponieważ bezpośrednio po chłodzeniu na powietrzu mają strukturę bainityczną bez dodatkowej obróbki cieplnej o ulepszonych cechach mechanicznych w stosunku do stali perlitycznych. Stale takie mają duże znaczenie dla dużych odkuwek, dla których dodatkowa obróbka cieplna byłaby trudna.

• martenzytyczne - stale stopowe martenzytyczne są rzadko stosowane ze względu na dużą twardość, nieobrabialność i trudność w zmiękczaniu.

• austenityczne - nie posiadają specjalnych własności ani zastosowań

• ledeburytyczne - używane jako stale narzędziowe

Ze względu na zastosowanie rozróżniamy stale stopowe:

• konstrukcyjne posiadające dużą wytrzymałość lub dodatkowo dużą udarność

• narzędziowe do pracy na zimno, do pracy na gorąco, szybkotnące

• o specjalnych właściwościach takich jak żaroodporność, odporność na działanie kwasów, odporność na korozję, odporność na ścieranie,

2) BADANIA

a)stal szybkotnąca SW18 wg. PN/H-85022

stan: kuta i wyzarzona

skład chemiczny: C-0,87% , Mn-0,36% , Si-0,25 , P-0,02% , S-0,02 , Cr-4,1% , W-18,2% ,

Ni-0,28% , V-1,21%

opis struktury : pasmowy rozkład węglików zgodny z kierunkiem przeróbki plastycznej /grube odosobnione węgliki pierwotne ,drobniejsze wtórne i bardzo drobne węgliki eutektoidalne ,które wchodzą w skład podstawowego tła sorbistycznego/

b)stal szybko tnąca SW18 wg PN/H-85022

stan : hartowana z przegrzaniem

skład : C-0,78% , Mn-0,36% , Si-0,25% , P-0,02% , Cr-4,1% , W-1,2% , Ni-0,28% , V-1,21%

opis struktury : zwiększone w skutek przegrzania ziarna martenzytu , po granicach ziarn wydzielone eutektyka węglikowa oraz siatki węglików , wewnątrz ziarn nierozpuszczalne węgliki pierwotne.

c)stal lożyskowa tH15 wg PN/H-84041

stan : stal wyzarzona

skład chemiczny : C-1,05% , Mn-0,31 , Si-0,22% , Cr-1,47% , S-0,01% , P-0,02%

opis struktury : sferoid (cementyt kulkowy)

WNIOSKI

• stale stopowe stosuje się wtedy gdy wymagane są specjalne własności

• dodatki stopowe działają na układ równowagi Fe - C zmieniając temperatury poszczególnych punktów układu

• stale stopowe nie zmieniają właściwości podczas odpuszczania w przeciwieństwie do zwykłej stali, która traci część właściwości nabytych drogą obróbki cieplnej.

• najczęściej stosowanymi dodatkami stopowymi są: Co, Ni, Si, Mn, Cr, Mo

• najbardziej zwiększającym twardość pierwiastkiem stopowym jest Mn

• pierwiastki stopowe mogą zawężać lub rozszerzać zakres występowania fazy γ

• dodatki stopowe mogą zwiększać twardość i jednocześnie udarność, lub zwiększać twardość obniżając udarność

• niektóre pierwiastki stopowe wpływają na polepszenie procesu grafityzacji

• pierwiastki stopowe mogą występować w postaci fazy międzywęzłowej, fazy międzymetalicznej, tlenków, azotków, siarczków, wtrąceń niemetalicznych, czystego pierwiastka, roztworu z żelazem

• ze względu na strukturę można wyróżnić stale martenzytyczne, bainityczne, austenityczne, perlityczne, ledebutytyczne

• ze względu na zastosowanie stale stopowe możemy podzielić na konstrukcyjne, narzędziowe, specjalnego zastosowania

• stale martenzytyczne są rzadko stosowane ze względu na dużą twardość, problemy z obrabianiem

• stale ledeburytyczne oraz perlityczne są stosowane jako stale narzędziowe

• stale o specjalnych właściwościach mogą posiadać cechy takie jak: żaroodporność, odporność na działanie kwasów, odporność na korozję, odporność na ścieranie,

• stale narzędziowe musi cechować duża twardość, odporność na ścieranie; do stali narzędziowych zaliczamy stale szybkotnące.

Dodatki stopowe całkowicie zmieniają strukturę stali oraz właściwości a co za tym idzie również zastosowanie. Stal szybkotnąca ma inne właściwości a zależą one od kierunku ułożenia pasm . Stal łożyskowa musi mieć bardzo dobre właściwości ścieralne

---