Stal – stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11% co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.

Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych zalicza się głównie metale (chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan). Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu zwane są zanieczyszczeniami.

Stal otrzymuje się z surówki w procesie świeżenia – stary proces, w nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na uzyskanie wysokiej jakości stali.

Stal dostarczana jest w postaci różnorodnych wyrobów hutniczych – wlewki, pręty okrągłe, kwadratowe, sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), blachy.

Im większa zawartość węgla, a w konsekwencji udział twardego i kruchego cementytu, tym większa twardość stali, węgiel w stalach niskostopowych wpływa na twardość poprzez wpływ na hartowność stali, im większa zawartość węgla tym dłuższy czas jest potrzebny do przemiany perlitycznej – co w konsekwencji prowadzi do przemiany bainitycznej i martenzytycznej. W stalach stopowych wpływ węgla na twardość jest również spowodowany tendencją niektórych metali, głównie chromu, do tworzenia związków z węglem – głównie węglików o bardzo wysokiej twardości.

Stal węglowa (niestopowa) - obejmuje te gatunki stali, w których zawartość określonych pierwiastków jest mniejsza od pewnych wartości granicznych. Graniczne wartości pierwiastków wyrażane w procentach są następujące: bor < 0.0009%, cyrkon, tytan i inne (oprócz C, P, S, N) < 0.05%, niob <0.06%, molibden <0.08%, bizmut, selen, tellur i wanad <0.1%, aluminium, chrom, kobalt, nikiel i wolfram <0.3%, ołów i miedź <0.4%, krzem <0.5% oraz mangan <1.65%.

Występowanie odmiennych struktur stali, spowodowane różną zawartością węgla, silnie wpływa na ich własności mechaniczne dlatego też stal węglowa stosowana jest powszechnie przy wytwarzaniu konstrukcji oraz części urządzeń mechanicznych, wszędzie tam, gdzie jej charakterystyki są wystarczające do zastosowań.

stale węglowe zwykłej jakości – stosowane bez dodatkowej obróbki

stale węglowe podwyższonej jakości – często poddawane dodatkowej obróbce cieplnej lub chemicznej.

W zależności od zawartości węgla dzielimy je na:

stale niskowęglowe - o zawartości węgla do około 0,3%

stale średniowęglowe - o zawartości od 0,3 do 0,6%

stale wysokowęglowe - o zawartości powyżej 0,6%

W zależności od zawartości zanieczyszczeń P i S dzielimy je na:

stale zwykłej jakości - P + S = 0,10%

stale wyższej jakości - P + S = 0,07%

stale najwyższej jakości - P + S = 0,03%

W zależności od stopnia odtlenienia stale dzielimy na:

stale uspokojone - najczęściej wyższej i najwyższej jakości; odmianą tej stali jest stal uspokojona nie starzejąca się

stale półuspokojone

stale nieuspokojone

W zależności od zastosowania stale dzielimy na:

stale konstrukcyjne

stale narzędziowe

stale o szczególnych właściwościach fizycznych i chemicznych

STAL NIESTOPOWA, STAL KONSTRUKCYJNA STOPOWA ŻELIWO KONSTRUKCYJNE STOPOWE.

Stal konstrukcyjna niestopowa.

Wyróżnia się w niej gatunki konstrukcyjne podzielone na następujące grupy:

- stal zwykłej jakości ogólnego stosowania,

- stal wyższej jakości,

- stal narzędziowa.

Stal konstrukcyjna zwykłej jakości jest produkowana standardowymi metodami hutniczymi, kształtowana na gorąco i bez jakiejkolwiek obróbki cieplnej dostarczona w celu wykorzystania w dalszym procesie technologicznym. Zauważa się w niej niejednokrotnie różne właściwości w obrębie jednej partii półwyrobu.

W grupie tego typu stali rozróżnia się sześć gatunków o różnej zawartości węgla i domieszeki o różnych własnościach mechanicznych i różnym sposobie Dotleniania .Są to:

- St0 - zaw. max 0,23 % C, Re = 165 -195 MPa,

- St3 - zaw. max 0,22 % C, Re = 195 - 235 MPa,

- St4 - zaw. max 0,24 % C, Re = 215 - 275 MPa,

- 8t5 - ok. 0,35 % C, Re = 255 - 295 MPa .

- St6 - ok. 0,45 % C, Re = 295 - 335 MPa ,

- St7 - ok. 0,55 % C. Re = 325 - 365 MPa.

Gatunki St0, St3 i St4 są przeznaczone na konstrukcje spawane (oznaczone literą S).

Gatunki St3 i St4 mogą być wytwarzane w różnych odmianach w zależności od składu chemicznego , np. ograniczona zawartość węgla siarki i fosforu oznaczone literą V lub W -zależnie od stopnia ograniczenia.Gatunki St0 - St4 produkowane są jako nieuspokojone (X), półuspokojone (Y), uspokojone lub specjalnie uspokojone (drobnoziarniste). Gatunki St5 - St7 dostarczane są Jako uspokojone , można je normalizować i sporadycznie ulepszać cieplnie .Stosuje się je na proste elementy maszyn i proste narzędzia o wymaganej nieco większej wytrzymałości i odporności na ścieranie .

Stal wyższej Jakości dzieli się na :

1. stale do utwardzania powierzchniowego,

2. stale do normalizowania i ulepszania cieplnego .

Ad 1. Stosowane są na drobne elementy, utwardzone poprzez nawęglanie są twarde i odporne na ścieranie. Rdzeń wyrobów jest zawsze przegrzany i nie zahartowany . Bywa , że stosuje się je także na elementy o dużej ciągliwość (cięgna , złącza), (ozn. 10,15,20) Ad 2 Do normalizowania i ulepszania cieplnego (stale 25-65 oznaczane co 5). Posiadają małą hartowność, są zawsze stosowane w stanie normalizowanym , czasem utwardzane przez hartowanie powierzchniowe. Mniejsze wyroby można stosować w stanie ulepszonym cieplnie . Gatunki 50, 55,65 (najtwardsze) są stosowane na elementy sprężynujące i proste narzędzia . Stale 15G, 20G, 45G, 50G, 60G mają zwiększoną zawartość Mn co powoduje ich lepszą hartowność i mogą być stosowane na wyroby większe ulepszane cieplnie . W grupie tej zalicza się także stale stosowane na blachy płaskie (do 0,1 % C) i do głębokiego tłoczenia - posiadające obniżoną zawartość wtrąceń niemetalicznych (siarczków) i są tak walcowane i rekrystalizowane, by ziarna stali byty drobne i równomierne. Należy też wyróżnić w tej grupie stale do skrawania (tzw. stale automatowe), których wydajność zwiększona jest przez zmniejszenie zaw. C (perlitu), obecność P (ok. 15 %) zwiększa kruchość wióra . W stalach automatowych aby zwiększyć odporność na korozję zamiast siarki stosuje się selen .

Stale narzędziowe produkowane są w dwóch odmianach: płytkohartujące (N7E - N13E) i głębokohartujące ( N5 - N13). Znak stali składa się z litery N i liczby określającej średnią awartość węgla w dziesiętnych częściach procenta a stal płytkohartująca się ma na końcu literę E . Stale głębokohartujące się mają o 0,05 %więcej: Mn, Si. Cr, Ni, Cu a o 0,005 - 0,01 % - P i S . Stale te po hartowaniu mają HRC > 60 a mimo to po nieznacznym podgrzaniu (do 200 C) stają się miękkie nie nadając się do dalszego użytku. Stosuje się je na : narzędzia pomiarowe, gwintowniki, przebijaki, przecinaki. Bez względu na masę wszystkich gatunków mają matą hartowność, co wymusza by po hartowaniu byty energicznie chłodzone H20 - NaCI, co powoduje, że smukłe narzędzia krzywią się a o średnicy lub przekroju prostokątnym o boku powyżej 30 są wrażliwe na tzw. miękkie plamy, przez co są trudne do zahartowania. Gatunki te mają małą twardość w stanie zmiękczonym, co ułatwia kształtowanie narzędzi zaś ciągliwy rdzeń pod twardą warstwą zahartowaną zwiększa żywotność przy dynamicznych obciążeniach.

Stale konstrukcyjne stopowe są szeroko stosowane do wyrobu części maszyn i pojazdów oraz na wszelkiego rodzaju konstrukcje . Mają one odpowiednie parametry, które uzyskuje się przez wprowadzenie pierwiastków stopowych do stali np. zwiększenie hartowności. Polska Norma określa zasady znakowania stali za pomocą cyfr i liter. l tak dwie cyfry określają zawartość C w stali, w setnych częściach procenta , litery natomiast określają pierwiastek stopowy: H - chrom , G - mangan , S krzem , N - nikiel, F - wanad . T - tytan , W • wolfram , K - kobalt, B - bór, M- molibden , J - aluminium . Gdy zawartość pierwiastka przekracza 1%, wówczas przy literze podaje się cyfrę podającą zawartość tego pierwiastka w procentach.

Stale łożyskowe zamiast cyfr mówiących o zawartości węgla mają literę Ł, a po znaku H - chromu liczbę mówiącą o zawartości tego pierwiastka w dziesiętnych procenta . Obecnie wg norm PN • EN 10027-1:1994 Stosuje się sposób znakowania stali stopowych przy pomocy trzech systemów:

1 - gdy żaden z pierwiastków stali nie przekracza 5 % ,

2 - gdy przynajmniej jeden z pierwiastków stali wyst. w zawartości przekraczającej 5 %,

3 • dla stali szybkotnących .

Ad 1. Znak stall rozpoczyna liczba określająca 100-krotną średnią zawartość węgla w stali następnie podaje się zn. chem. pierwiastków w kolejności od największej do najmniejszej zawartości a następnie podaje się liczbę określającą zawartość najważniejszego składnika stopowego pamiętając. że:

- dla Cr, Co, Mn, Ni, Si, W - stosuje się mnożnik 4,

- dla Al. Be, Cu, Mo, Nb, Pb. Ta. Ti, V, Zr - mnoży się przez 10,

- dla Ce, N, P. S razy 100,

-dla B razy 1000.

Dla porównania : dawniej - teraz

40 HM • 42 Cr Mo 4

Jest także różnica pomiędzy gatunkami o maksymalnej zawartości siadu a gatunkami o regulowanej zawartości siarki np.

42CrMo4 (max S)

42C(MoS4 (reg. S)

Ad 2 .Znak stali rozpoczyna się od litery X następnie zapisana jest liczba, która określa 100 - krotną zaw. C, następnie w malejącej kolejności symbole pierwiastków stopowych a następnie liczbę lub liczby określające zaw. pierw. stopowych (w %) bez jakichkolwiek mnożników np. stare - nowe

1H18N9 - X10CrNi18-8

1H13 - X12Cr13

Ad 3 . Znak stali składa się z liter HS oraz liczb określających zawartość pierwiastków stopowych w %. w kolejności - W, Mo, V, Co , gdy któryś z pierwiastków nie występuje to stawia się cyfrę O, gdy nie występuje Co to O pomija się np.:

SW7M - HS6-5-2

Pośród stali konstrukcyjnych stopowych należy rozróżnić następujące gatunki:

1- stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości i mikroskopowe,

2- stale konstrukcyjne do ulepszania cieplnego,

3- stale do nawęglania,

4- stale do azotowania,

5- stale do hartowania powierzchniowego,

6- stale sprężynowe,

7- stale na łożyska toczne

8- stale do pracy w obniżonych temperaturach,

9- stale do pracy w podwyższonych temperaturach.

Ad 1. Stale te w ostatnich latach znajdują coraz większe zastosowanie w przemyśle. Pierwowzorem była stal 18G2, w której wytworzyły się stabilne węgliki przez dodanie mikrododatków (wanadu , tytanu . niobu). Podniosło to Re i Rm stali średnio o 100MPa. Zmniejszając zawartość siarki i fosforu np. w stali zawierającej 0,01% C, 0,3% Si, 1,4% Mn plus mikrododatki 0,11% Nb i 0,12% V osiąga Re ok. 560 MPa, dodanie 0,25-0.5% Cu powoduje wzrost odporności stali na korozję atmosferyczną. W stalach z mikrododatkami o zawartości 0,35 - 0,5% C ,1,5% Mn i 0,1% V, które stosuje się na wały korbowe silników spalinowych bez ulepszania cieplnego, Re do 700MPa i Rm do 1160 uzyskuje się przez przyspieszenie chłodzenia po kuciu powierzchni utwardzonej węglikami, większa zawartość siarki powoduje lepszą skrawalność. Opracowując stal o podwyższonej wytrzymałości spawalnej i do głębokiego tłoczenia wytworzono stal ferrytyczno - martenzytyczną o zawartości ok. 20% martenzytu, którą otrzymano poprzez domieszki i odpowiednią obróbkę cieplną po walcowaniu na zimno lub regulowane chłodzenie po walcowaniu na gorąco Rm ok. 900MPa. Innym typem stali jest stal TRIP o zaw. C do 0,4%, Si ok. 1,5% i Mn ok. 1,5%. Wytrzymałość tych stali dochodzi do 1300MPa .

Ad 2. Są to stale o zawartości 0,3 - 0,5% C i zawierające niewielki dodatek pierwiastków stopowych jak: Mn, Cr, Ni, Mo , Si. Ze stali tych wykonuje się większość części maszyn, pojazdów i konstrukcji. Ulepszanie tych stall zapewnia duży stosunek Re/Rm zachowując dużą ciągliwość a im większa ilość dodatków stopowych tym lepsza hartowność. Stale używane w naszym przemyśle są skatalogowane i objęte PN . W stalach używanych na elementy pracujące w trudnych warunkach, gdy wymaga się dużej ciągliwość , stosuje się stale o zmniejszonej zawartości C (0,2 - 0,3%) ale o zwiększonej ilości dodatków stopowych .Wyróżnia się tu :stale manganowe np. 30G2, chromowe 40H, chromo-molibdenowe np. 40HM oraz złożone np. 34HNM .

Ad 3. Stale z tej grupy powinny mieć wysoką twardość powierzchni do 63 HRC z możliwie ciągliwym rdzeniem . Zawierają do 0,25% C oraz mangan i chrom , które zwiększają hartowność. Chrom ma także wpływ na węgliki zwiększając ich twardość a co za tym idzie i odporność na ścieranie. Najczęściej stosowane stale to: 15H, 20H, 16HG, 20HG, 15HGM, 18HGM, 17HGN, 15HN, 19H2N2. Stale zawierające nikiel mają bardziej plastyczny rdzeń, molibden zaś poprawia drobnoziarnistość. Stale te zawierają także Mn i Ni lecz NI tylko wtedy, gdy stal zawiera Cr. W stalach Cr-Ni o zaw (0,4 - 0,5 %) nawęgla się w kąpieli i bezpośrednio hartuje w oleju.

Ad 4. Proces azotowania stosuje się w celu zwiększenia odporności korozyjnej. Proces ten daje bardzo twarde cienkie warstwy, które nie mają wpływu na wytrzymałość całego elementu. Niektóre gatunki stali tworzą po azotowaniu twarde azotki (1000-1200 HV). Powstanie ich Jest związane z zawartością w tych stalach Al, Cr tworzących azotki oraz Mo zapobiegającego kruchości odpuszczania . Ogólnie stosowaną stalą do hartowania jest 38hMJ, oprócz, której stosuje się stale chromowe, stale Cr-Mo, Cr-V ale one osiągają mniejszą twardość.

Ad 5. W tym przypadku stosuje się stale do ulepszania o średnich zawartościach C np.: 35SG, 40HM, 37HGNM. Elementy o większych przekrojach poddaje się ulepszaniu na wskroś.

Ad 6. Stosuje się je do wyrobu sprężyn, resorów, drążków skrętnych. Charakteryzują się wysoką granicą sprężystości i dobrą wytrzymałością zmęczeniową. Hartowane w temp. 800 -850 C w oleju lub w wodzie i odpuszczane w 400 - 500 C tak aby ich twardość wynosiła 35 - 45 HRC . Niektóre gat stali: 65G, 45S, 40S2, 50S2, 50HSA, 50HFA .

Ad 7. Są to stale o zawartości 0,9 -1,1% C, do 1,5%Cr, do 1%Mn. Stalom tym stawia się bardzo wysokie wymagania odnośnie czystości i jednorodności strukturalnej. Zawartość siarki i fosforu do max.0,02 i 0,027%. Obróbka polega na hartowaniu od temp. 830-840 C w oleju i odpuszczaniu w temp 150 - 160C w ciągu 1 -2 h, niekiedy stosuje się wymrażanie. Po takiej obróbce twardość powinna być większa od 62 HRC , nie dopuszcza się żadnych wad w elementach łożysk.

Ad 8. Właściwości tego typu posiadają stale niskowęglowe, drobnoziarniste zawierające ok.1% Mn. Dla zwiększenia ciągliwości w niskich temperaturach stosuje się nikiel np. stale o zaw. 3-5% Ni wysoka udarność zachowuje się aż do -100 C, na zbiorniki na dekle gazy stos. się stal o zawartości ok. 10% Ni i bardzo malej zawartości C , dobra spawalność tego typu słali ułatwia proces produkcyjny. Można też stosować stale Cr-Ni lub Cr-Mn-Ni.

Ad 9. Tego typu stale muszą być odporne na odkształcenia plastyczne w wysokiej temp. ok. 600 C . Wyrabia się z nich rury kotłowe, są to niskowęglowe stale zwierające ewentualnie dodatek Cr i Mo. Stale te objęte są normą np.: K15,16M, 13HMF. W temp powyżej 600 C należy stosować stale o wyższych zawartościach węgla .

ŻELIWA KONSTRUKCYJNE STOPOWE.

Żeliwa są stopami odlewniczymi na osnowie żelaza o zawartości węgla w granicach 2,0 - 3,8% oprócz węgla żeliwa zawsze zawierają dodatki krzemu i manganu oraz przeważnie więcej niż stale siarki i fosforu. Żeliwa wytapia się w specjalnych piecach zwanych żeliwiakami, w których wsadem jest surówka wielkopiecowa, złom żelazny, koks i topniki. Używa się też piece elektryczne łukowe lub indukcyjne w przypadku, gdy chcemy uzyskać żeliwo o mniejszej zawartości węgla . Wytwarza się je jako żeliwa : szare, sferoidalne i ciągtiwe. Żeliwa szare nazwę swoją zawdzięczają ciemnemu przełomowi spowodowanemu zawartością grafitu .Ten typ żeliwa jest szeroko stosowany w budowie maszyn dzięki wielu zaletom takim jak: łatwość odlewania, dobra skrawalność, dobra wytrzymałość, duża zdolność tłumienia drgań, dobra odporność na ścieranie, niski koszt wytwarzania . Wadą tych żeliw jest ich mała ciągliwość i udarność, spowodowana płatkowym charakterem wydzieleń grafitu.

Wytrzymałość jego zależy od sposobu krystalizacji osnowy:

• osnowa ferrytyczna daje Rm = 120-300 MPa,

• osnowa perlityczna Rm = 250-320 MPa.

Jeżeli chce się zwiększyć wytrzymałość żeliwa to należy je modyfikować tzn. do ciekłego żeliwa tuż przed odlaniem dodaje się do kadzi lub rynny modyfikator (najczęściej jest to sproszkowany żelazokrzem), który powoduje dyspersję grafitu . To rozdrobnienie płatków grafitu wpływa w znacznym stopniu na wzrost wytrzymałości do Rm = 450 MPa. Żeliwa sferoidalne uzyskuje się przez podwójną modyfikację cieczy. Początkowo stosowało się do tego celu cer, a obecnie stosuje się stop magnezu z niklem, miedzią lub krzemem. Dodanie ceru lub magnezu powoduje odsiarczenie żeliwa co ma wpływ na zmniejszenie zużycia modyfikatora, następnie modyfikuje się dodatkowo żelazokrzemem , w wyniku czego otrzymuje się żeliwo o osnowie ferrytycznej lub perlitycznej z kulistymi wydzieleniami grafitu. Żeliwo sferoidalne klasyfikuje się przez podanie dwóch liczb: wytrzymałości na rozciąganie - Rm, i wydłużenia - A . Ola informacji należy dodać, że dla żeliwa sferoidalnego o osnowie ferrytycznej

Rm = 400-500 MPa, HB s 127-187, A 10-15 % a o osnowie perlitycznej Rm = 600-800 MPa.

HB 200-285 , A 1-5 %.

Żeliwo to stosowane jest na koła zębate, wały korbowe, walki rozrządu, korbowody, walce do walcowania metali, itp.

Żeliwa ciągliwe są gatunkiem żeliw o podobnych właściwościach jak żeliwa sferoidalne. Wytwarza się je w procesie obróbki cieplnej. Odlane elementy muszą mieć strukturę żeliwa białego (zawiera w strukturze ledeburyt przemieniony z cementytem pierwotnym lub perlitem, bardzo twarde lecz kruche, można je jednie szlifować - nie skrawać, przełom jego jest biały), wyżarza się w atmosferze obojętnej lub utleniającej w temp. ok. 1000 C . W atmosferze obojętnej metoda zwana amerykańską, cementyt ulega grafityzacji. W efekcie uzyskujemy żeliwo ciągliwe czarne. W drugiej metodzie, zwanej europejską, wyżarza się odlew w atmosferze utleniającej co powoduje rozkład cementytu i utlenienie węgla do atmosfery (nawet do 2 cm z powierzchni odlewu). Żeliwo tak otrzymane nazywamy ciągliwym białym. Osnowa żeliwa zależy od sposobu chłodzenia w zakresie przemiany perlitycznej. Bardzo wolne chłodzenie - kilka stopni/ godz. osnowa ferrytyczna . Im szybsze schładzanie tym mniej perlitu ulegnie rozkładowi i osnowa będzie ferrytyczno - perlityczna lub perlityczna .

Żeliwo ciągliwe oznacza się :

a - np. ż. c. białe GJMW - 350-4 - Rm powyżej 350 MPa, A., = 4%

b - np. ż. ć. czarne GJMB - 500-5 - Rm powyżej 500 MPa, A3 = 5%.

Żeliwa stopowe cechują specjalne własności jak odporność na korozję, żaroodporność, podwyższone własności mechaniczne . Uzyskuje się te parametry poprzez dodanie pierwiastków stopowych do kadzi przed odlewaniem do form . l tak np. żeliwa zaw. do 35% Ni o osnowie austenitycznej są odporne na korozję w roztworach soli, zasad, wodzie morskiej i rozcieńczonych kwasach nieorganicznych. Żeliwa zaw. (do 1,5%) Ni, Cr, Mo, Cu, mają podwyższone własności mechaniczne i odporność na korozję atmosferyczną – głównie stosowane jako żeliwa konstrukcyjne. Większe ilości Cr, Al, Si uodparniają żeliwa antykorozyjnie w ośrodkach agresywnych i nadają im właściwości żaroodporne np. 5-7% Si ok. 1,5% Cr powoduje, że żeliwo może być stosowane w temp 600-800 C, 24% Al powoduje odporność żeliwa na działanie gazów (nawet zaw. zw. siarki) do 1000 C. Ponadto należy dodać, że żeliwa można poddawać tak jak stale obróbce cieplnej wpływając na ich własności.

Co to jest stal nierdzewna?

stal odporna na korozję

Stop żelaza zawierający ≥ 10,5 % chromu i

≤ 1,2 % węgla - pierwiastki przyczyniające się do powstania warstwy wierzchniej (warstwy pasywnej) o skłonności do samoczynnego odbudowywania się, która zapewnia odporność na korozję

Klasyfikacja gatunków

Austenityczne: Żelazo – chrom – nikiel, 65 % światowego zapotrzebowania na stal nierdzewną

Ferrytyczne: Żelazo – chrom, 0,1% węgla, magnetyczne i utwardzalne

Duplex: Żelazo – chrom – nikiel, dwufazowa struktura ferrytyczno-austenityczna, magnetyczne

Główne własności

Odporność na korozję – estetyczny wygląd – żaroodporność – niski koszt życia produktu – całkowicie podlega recyklingowi

neutralność biologiczna – łatwe w przeróbce i czyszczeniu – dobry stosunek wytrzymałości do wagi

Dostępne wykończenia powierzchni i rodzaje technologii

Hartowanie – rodzaj obróbki cieplnej stali, składający się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Pierwsza faza to nagrzewanie materiału do temperatury powyżej przemiany austenitycznej (dla stali węglowej 727°C; zwykle 30°C do 50°C powyżej temperatury przemiany austenitycznej) i wygrzewanie, tak długo jak to potrzebne, by nastąpiła ona w całej objętości hartowanego obiektu. Drugą fazą jest szybkie schładzanie. Szybkość schładzania musi być taka, by z austenitu nie zdążył wydzielić się cementyt i jego struktura została zachowana do temperatury przemiany martenzytycznej, w której to austenit przemienia się w fazę zwaną martenzytem. Stal posiadająca strukturę martenzytyczną nazywana jest stalą martenzytyczną lub hartowaną. Hartowanie przeprowadza się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

Przy hartowaniu niezwykle istotny jest dobór szybkości schładzania. Zbyt wolne schładzanie powoduje wydzielanie się cementytu i uniemożliwia przemianę martenzytyczną, podczas gdy zbyt szybkie chłodzenie powoduje powstanie zbyt dużych naprężeń hartowniczych, które mogą doprowadzić do trwałych odkształceń hartowanego elementu lub jego pęknięć.

Szybkość schładzania wpływa także na głębokość hartowania. Przy elementach o większych rozmiarach, których grubość przekracza maksymalną głębokość hartowania, tylko część objętości przedmiotu hartowanego zostanie zahartowana. W takiej sytuacji martenzyt powstanie w warstwach powierzchniowych. Im głębiej zaś, tym udział martenzytu maleje, a cementytu wzrasta. Bardzo często jest to zjawisko pożądane, wtedy, gdy element ma być twardy na powierzchni, a ciągliwy w swym rdzeniu. Głębokość hartowania zależy także od hartowności stali.

Hartowanie szkła - obróbka cieplna polegająca na nagrzaniu szkła do temp. 620-680°C i oziębieniu go w strumieniu sprężonego powietrza; w efekcie w warstwie powierzchniowej powstają naprężenia ściskające, co znacznie podwyższa wytrzymałość szkła; szkło hartowane jest bezpieczniejsze, gdyż po stłuczeniu rozpada się na drobne , niekaleczące kawałki; stosowane m.in. na szyby samochodów.

Hartowanie zwykłe

Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego do zakresu austenitu, a następnie szybkim schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle wodnej lub olejowej, poniżej temperatury początku przemiany martenzytycznej, aż do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia powinna być dobrana tak, by nie nastąpiły odkształcenia hartownicze. Chłodzenie w wodzie jest bardziej intensywne niż w oleju.

Hartowanie stopniowe

Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle ze stopionej saletry, do temperatury nieco powyżej temperatury przemiany martenzytycznej i przetrzymaniu w tej temperaturze, by nastąpiło wyrównanie temperatur w całym przekroju przedmiotu. W drugiej fazie, już w kąpieli wodnej lub olejowej, następuje dalsze schładzanie, w celu uzyskania przemiany martenzytycznej. Zaletą tej metody jest uniknięcie naprężeń hartowniczych. Wymaga jednak dużej wprawy przy określaniu czasu kąpieli pośredniej.

Hartowanie izotermiczne

Jest hartowaniem, w którym nie zachodzi przemiana martenzytyczna. Nagrzany przedmiot utrzymuje się w kąpieli z roztopionej saletry lub ołowiu, w temperaturze powyżej początku przemiany martenzytycznej. Nazwa metody pochodzi od faktu, iż kąpiel zachowuje stałą temperaturę. W hartowaniu tego typu nie powstaje martenzyt, lecz następuje rozpad austenitu na inne fazy, np. bainit, dając stali własności podobne jak po hartowaniu z odpuszczaniem. Zaletą metody jest brak naprężeń hartowniczych, lecz jest ona procesem długotrwałym, niekiedy przeciągającym się do kilku godzin.

Hartowanie powierzchniowe

Metoda, w której nie nagrzewa się całego przedmiotu (hartowanie na wskroś), lecz tylko powierzchnię przedmiotu. W związku z tym tylko warstwa powierzchniowa podlega hartowaniu. Stosowane wszędzie tam, gdzie wymagane jest utwardzenie tylko fragmentów powierzchni przedmiotu. Istnieje kilka metod hartowania powierzchniowego.

Hartowanie płomieniowe – powierzchnia przedmiotu lub jej fragment nagrzewana jest płomieniem palnika, a następnie schładzana silnym strumieniem wody.

Hartowanie indukcyjne – przedmiot przeciągany jest przez cewkę otaczającą go (możliwie najciaśniej). Prądy wirowe powstałe w przedmiocie powodują efekt powierzchniowy, w którym, wskutek oporności materiału, zamieniają się na ciepło. Mimo konieczności budowy skomplikowanych stanowisk hartowniczych, metoda ta zyskuje na popularności, ze względu na możliwość kontrolowania temperatury oraz głębokości nagrzewania.

Hartowanie kąpielowe – polega na zanurzeniu przedmiotu w kąpieli saletrowej lub ołowiowej i przetrzymaniu w niej na krótką chwilę. Temperatura kąpieli musi być na tyle wysoka, by w jej czasie powierzchnia przedmiotu podniosła się ponad temperaturę przemiany austenitycznej.

Hartowanie ślepe – hartowanie poniżej wartości temperaturowej właściwej dla nawęglania – zatem – hartowanie bez nawęglania.

Hartowanie laserowe

Hartowanie kontaktowe

Hartowanie elektrolityczne

Hartowanie impulsowe

Odpuszczanie – jest operacją cieplną, któremu poddawana jest stal wcześniej zahartowana. Celem odpuszczania jest usunięcie naprężeń hartowniczych oraz zmiana własności fizycznych zahartowanej stali, a przede wszystkim zmniejszenie twardości, a podniesienie udarności zahartowanej stali.

Odpuszczanie polega na rozgrzaniu zahartowanego wcześniej przedmiotu do temperatury w granicach 150° do 650 °C, przetrzymywaniu w tej temperaturze przez pewien czas, a następnie schłodzeniu. W czasie odpuszczania całość lub część martenzytu zawartego w zahartowanej stali rozpada się, wydzielając bardzo drobne ziarna cementytu, tworząc fazę zwaną sorbitem lub troostytem.

Rodzaje odpuszczania ze względu na temperaturę:

Odpuszczanie niskie

Przeprowadza się je w temperaturach w granicach 150 do 250 °C. Celem jego jest usuniecie naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu w strukturze wysokiego udziału martenzytu, a przez to zachowanie wysokiej twardości. Stosuje się przy narzędziach.

Odpuszczanie średnie

Przeprowadza się je w temperaturach w granicach 250° do 500 °C. Stosowane w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości i sprężystości przy znacznym obniżeniu twardości. Stosowane przy obróbce sprężyn, resorów, części mechanizmów pracujących na uderzenie np. młoty, części broni maszynowej, części samochodowych itp.

Odpuszczanie wysokie

Przeprowadza się je w temperaturach powyżej 500 °C w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości przy niskiej twardości. Stal odpuszczana wysoko nadaje się do obróbki skrawaniem.

Podczas odpuszczania występuje kruchość odpuszczania, którą dzielimy na:

kruchość odpuszczania I rodzaju i jest to kruchość nieodwracalna, zachodzi w zakresie temperatur 250-450 °C, powoduje zmniejszenie odporności na pękanie

kruchość odpuszczania II rodzaju i jest kruchością odwracalną, zachodzi powyżej 500 °C i powolnym chłodzeniu

Stop żelaza z węglem – stopy, w których węgiel rozpuszczany jest w żelazie. Węgiel może występować w nich w postaci węgla czystego – grafitu lub węglika żelaza Fe3C zwanego cementytem.

Stopy zawierające poniżej 2,11% (wg norm polskich zaś europejskich 1,75%) węgla to stale lub staliwo, a powyżej tej zawartości to żeliwo.

Wraz ze wzrostem udziału węgla struktura stopu żelaza z węglem przybiera odmienne formy:

Przy bardzo niewielkiej zawartości węgla, poniżej 0,0218% udaje się uzyskać niemal czyste żelazo α zwane ferrytem.

przy zawartości 0,77% węgla uzyskuje się perlit będący mieszaniną eutektoidalną ferrytu i cementytu

przy zawartości węgla 4,3%, w krzepnącym stopie, powstaje ledeburyt, który w czasie dalszego chłodzenia w temperaturach poniżej 723 °C przekształca się w ledeburyt przemieniony. Ledeburyt jest eutektyką.

przy zawartościach węgla pomiędzy 0,0218% a 0,77% otrzymuje się stopy podeutektoidalne (stale podeutektoidalne), które są mieszaninami ferrytu i perlitu.

stopy w zakresie 0,77% do 2,11% – stale nadeutektoidalne – są mieszaninami perlitu i cementytu.

stopy o zawartości węgla powyżej 2,11% (żeliwo), są mieszaninami ledeburytu przemienionego i perlitu (do 4,3% węgla) lub cementytu (powyżej 4,3% węgla). W przypadku stosunkowo wolnego chłodzenia w stopach tych może także wystąpić grafit.

Wykres równowagi układu żelazo-węgiel - jest to wykres fazowy węgla w stopie z żelazem. Pierwszą, najczęściej wykorzystywaną i omawianą część wykresu nazywa się także wykresem żelazo - cementyt. Na osi poziomej podana jest procentowa zawartość węgla w stopie, na osi pionowej temperatura. Z wykresu można odczytać jaką strukturę posiada stop, przy założeniu równowagowego procesu wytwarzania. Przy, na przykład, szybkim chłodzeniu stop może zachowywać się w inny sposób (na przykład granica rozpuszczalności węgla w ferrycie wzrasta wraz z wielkością przechłodzenia).

Należy zaznaczyć, że jest to tylko fragment wykresu równowagi układu żelazo-węgiel (zwany wykresem żelazo-cementyt), zawarty pomiędzy 0% a 6,69% (czasem mówi się 6,67%) węgla. Nazwa pochodzi od nazwy faz na granicach wykresu - z lewej jest żalazo (Fe), a z prawej cementyt (Fe3C). Jest on najbardziej istotny ze względów praktycznych, gdyż większe stężenie węgla powoduje zbyt dużą kruchość stopu.

Brązy – stopy miedzi z innymi metalami i ewentualnie innymi pierwiastkami, w których zawartość miedzi zawiera się w granicach 80-90% wagowych. Składy brązów specyfikuje Polska Norma PN-xx/H-87050.

Brązy posiadają dobre własności wytrzymałościowe, są łatwo obrabialne. Brązy wysokostopowe poddają się także hartowaniu. Posiadają dobre właściwości przeciwcierne, są odporne na wysoką temperaturę i korozję. Zastosowanie brązów jest ograniczone ze względu na ich wysoką cenę.

Brązy dzieli się na brązy do obróbki plastycznej, dostarczane w formie wyrobów hutniczych – blach, pasów, taśm, prętów, drutów i rur oraz brązy odlewnicze, dostarczane w postaci sztab lub kęsów.

Brązy do obróbki plastycznej

Pośród brązów do obróbki plastycznej wyróżnia się:

Brąz cynowy

Zawiera od 1% do 9% cyny: Ma barwę szarą, której intensywność wzrasta wraz z zawartością cyny. Mogą zawierać także inne dodatki stopowe, takie jak cynk (2,7% do 5%), ołów (1,5% do 4,5%) oraz domieszki fosforu (0,1% do 0,3%) z zanieczyszczeniami nie przekraczającymi 0,3%. Symbole brązów cynowych to B2 (CuSn2), B4 (CuSn4), B6 (CuSn6), B43 (CuSn4Zn3), B443 (CuSn4Zn4Pb3), B444 (CuSn4Zn4Pb4). Brązy cynowe używane są na elementy sprężyste, trudno ścieralne, a przy większej zawartości ołowiu na tuleje i panwie łożyskowe, monety, elementy pracujące w wodzie morskiej, armaturę.

Brąz aluminiowy

Zawiera od 4% do 11% aluminium: Może zawierać także inne dodatki stopowe, takie jak żelazo (2,0% do 5,5%), mangan (1,5% do 4,5%) oraz nikiel (3,5% do 5,5%), z zanieczyszczeniami nie przekraczającymi 1,7%. Symbole brązów aluminiowych to BA5 (CuAl5), BA8 (CuAl8), BA93 (CuAl9Fe3), BA1032 (CuAl10Fe3Mn2), BA1044 (CuAl10Fe4Ni4), BA92 (CuAl9Mn4). Cechują się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi. Brązy aluminiowe stosowane są na części do przemysłu chemicznego, elementy pracujące w wodzie morskiej, monety, styki ślizgowe, części łożysk, wały, śruby, sita.

Brąz berylowy

Zawiera od 1,6% do 2,1% berylu: Może zawierać także inne dodatki stopowe, takie jak nikiel w połączeniu z kobaltem (0,2% do 0,4%) oraz tytan (0,1% do 0,25%), z zanieczyszczeniami nie przekraczającymi 0,5%. Symbole brązów berylowych to BB2 (CuBe2Ni (Co)), BB1T (CuBe1,7NiTi), BB2T (CuBe2NiTi). Brązy berylowe stosowane są na elementy sprężyste, elementy aparatury chemicznej, elementy żaroodporne, np. gniazda zaworów, narzędzia nieiskrzące.

Brąz krzemowy

BK31 (CuSi3Mn1): Zawiera 2,7% do 3,5 krzemu i 1,0% do 1,5% manganu, przy zanieczyszczeniach nie przekraczających 1,0%. Stosowany jest na siatki, elementy sprężyste, elementy w przemyśle chemicznym, elementy odporne na ścieranie, konstrukcje spawane.

Brąz manganowy

BM123 (CuMn12Ni3): zawiera 11,5% do 13% manganu i 2,5% do 3,5% niklu przy dopuszczalnych zanieczyszczeniach do 1%. Stosowany na oporniki wysokiej jakości.

Brązy odlewnicze

Pośród brązów odlewniczych wyróżnia się:

brąz cynowy – B10 (CuSn10)

brąz cynowo-fosforowy – B101 (CuSn10P)

brąz cynowo-cynkowy – B102 (CuSn10Zn2)

brąz cynowo-ołowiowy – B1010 (CuSn10Pb10) i B520 (CuSn5Pb20)

brąz cynowo-cynkowo-ołowiowy B555 (CuSn5Zn5Pb5), B663 (CuSn6ZnPb3) i B476 (CuSn4Zn7Pb6).

brąz aluminiowo-żelazowy – BA93 (CuAl9Fe3)

brąz aluminiowo-żelazowo-manganowy – BA1032 (CuAl10Fe3Mn2)

brąz krzemowo-cynkowo-manganowy – BK331 (CuSi3Zn3Mn).

Brązy odlewnicze stosuje się do odlewania części i elementów do zastosowań podobnych jak w przypadku brązów do obróbki plastycznej oraz do odlewania pomników.

Inne [edytuj]

Stopem zaliczanym czasami do brązów jest także spiż. Ponadto brązami nazywa się potocznie lub fachowo szereg innych metali i stopów metali kolorowych, nawet tych o znacznie mniejszym udziale miedzi lub nawet jej całkowitym braku, np. pigmenty metaliczne stosowane w poligrafii.

Miedź

Czysta miedź metaliczna jest czerwono-brązowym, miękkim metalem o bardzo dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym. Nie ulega na powietrzu korozji, ale reaguje z zawartym w powietrzu dwutlenkiem węgla pokrywając się charakterystyczną zieloną patyną. Gdy w powietrzu zawarte jest dużo dwutlenku siarki zamiast zielonej patyny obserwuje się czarny nalot siarczku miedzi.

Siarczan miedzi(II) CuSO4 ma własności odkażające, a bezwodny ma silne własności higroskopijne i jest stosowany do suszenia rozpuszczalników. Kompleksy miedzi są trwałe, jednak dość łatwo jest zmieniać stopień utlenienia miedzi w takich kompleksach i dlatego są one często stosowane jak katalizatory reakcji redoks. Roztwory wodne soli miedzi(I) są intensywnie zielone, a roztwory soli miedzi(II) intensywnie niebieskie, co wykorzystuje się w miareczkowaniu kolorymetrycznym układów redoks.

Mosiądz - stop miedzi i cynku zawierający do 40% tego metalu. Mosiądze mogą zawierać także dodatki takich metali jak ołów, aluminium, cyna , mangan, żelazo i chrom oraz krzem.

Mosiądz ma kolor żółty (złoty), lecz przy mniejszych zawartościach cynku zbliża się do naturalnego koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, łatwy do obróbki plastycznej. Posiada dobre właściwości odlewnicze.

Mosiądze stosuje się na wyroby armatury, osprzęt odporny na wodę morską, śruby okrętowe, okucia budowlane, np. klamki. Na elementy maszyn w przemyśle maszynowym, samochodowym, elektrotechnicznym, okrętowym, precyzyjnym, chemicznym. Ważnym zastosowaniem mosiądzu jest produkcja instrumentów muzycznych.

Ze względu na skład mosiądze dzieli się na:

·Mosiądze dwuskładnikowe - M95 (CuZn5), M90 (CuZn10), M85 (CuZn15), M80 (CuZn20), M80 (CuZn20), M75 (CuZn25), M70 (CuZn30), M68 (CuZn32), M63 (CuZn37), M60 (CuZn40).

·Mosiądze ołowiowe - zawierające dodatki ołowiu. Ołów dodawany jest w celu polepszenia skrawalności materiału. Do mosiądzów ołowiowych należą MO64 (CuZn34Pb3), MO62 (CuZn36Pb1.5), MO61 (CuZn36Pb3), MO58A (CuZn39Pb2), MO58b (CuZn40Pb2), MO58 (CuZn40Pb2) oraz także odlewnicze MO60 (CuZn38Pb1.5), MO59 (CuZn39Pb2),.

·Mosiądze specjalne - zawierają dodatki takich pierwiastków jak cyna, aluminium, mangan, żelazo, krzem lub/i nikiel. Należą do nich:

Mosiądze cynowe - MC90 (CuZn10Sn), MC70 (CuZn28Sn1), MC62 (CuZn38Sn1),

Mosiądze aluminiowe - MA77 (CuZn20Al2), MA59 (CuZn36Al3Ni2) i także odlewnicze MA58 (CuZn38Al3Mn2Fe1) i MA67 (CuZn38A13)

Mosiądze manganowe - MM59 (CuZn40Mn), MM57 (CuZn40FeMnSnAl), MM56 (CuZn40Mn3Al) oraz odlewnicze MM47 (CuZn43Mn4Pb3Fe), MM55 (CuZn40Mn3Fe), MM58 (CuZn38Mc2Pb2),

Mosiądz niklowy - MN65 (CuZn29Ni6).

Mosiądz krzemowy - MK80 (CuZn16Si3) stosowany także jako odlewniczy.

·Mosiądze wysokoniklowe - to stopy miedzi, cynku i niklu z dodatkiem manganu. Ze względu na srebrzysty kolor stop ten popularnie nazywany jest "nowym srebrem" lub argentanem. Stop ten ma bardzo dobre własności sprężyste i oporność na korozję - MZN18 (CuNi18Zn27), MZ20N18 (CuNi18Zn20), MZN15 (CuNi15Zn21), MZN12 (CuNi12Zn24). Mosiądze wysokoniklowe używane są na części sprężyste, okucia i wyroby jubilerskie.

Korozja mosiądzu

W normalnych warunkach eksploatacji mosiądz wykazuje dobrą odporność na korozję atmosferyczną i w wodzie. Jednak w miękkiej, zawierającej chlor wodzie mosiądz podlega procesowi odcynkowania. Mosiądz jest także narażony na mechanizm korozji zwany sezonowym pękaniem.