1. WPŁYW Cr, Mn, Si, Ni, Mo, W, Co - na własności stali:

a). Cr: w stalach niskostopowych i niskowęglowych wpływa na wzrost wytrzymałości i twardości oraz podwyższa udarność. Stanowi zasadniczy dodatek stali do ulepszania cieplnego i narzędziowych, gdzie zwiększa hartowność, głębokość hartowania i powoduje otrzymanie wysokiej twardości. zastosowanie: do budowy stali kwasoodpornych i żaroodpornych. ; Chrom poza tym przechodzi do węglików, zwiększając ich twardość i odporność na ścieranie.

większą odporność na korozję 

b). Mn: zwiększa twardość i wytrzymałość, obniża natomiast własności plastyczne. Stale manganowe cechuje podwyższona granica sprężystości i większa odporność na ścieranie. W stalach narzędziowych mangan zwiększa hartowność ale jednocześnie wpływa na większą skłonność stali na przegrzewanie. W stalach odpornych na korozje może częściowo zastępować nikiel.

c). Si: zawartość krzemu podwyższa wytrzymałość i twardość stali. Stale zawierające krzem po ulepszeniu mają podwyższoną granicę plastyczności i sprężystości oraz większą odporność na działanie sił dynamicznych, dlatego ma szerokie zastosowanie w stalach sprężynowych i resorowych.

d). Ni: wpływa na jednoczesne podwyższenie wytrzymałości i twardości przy zachowaniu wysokiej udarności. Nie tworzy węglików. Znacznie obniża temperaturę progu kruchości stali. Wpływa na dobrą hartowność stali a zwłaszcza w obecności chromu i molibdenu. W stalach narzędziowych do pracy na gorąco nikiel zwiększa ciągliwość i hartowność.

e). Mo: intensywnie zwiększa hartowność stali dużo bardziej niż chrom czy wolfram. Znacznie zmniejsza kruchość stali występującą przy wysokim odpuszczaniu, zwiększa odporność stali na ścieranie. W stalach martenzytycznych, ferrytycznych i austenitycznych zwiększa odporność na korozje.

f). W: Pierwiastek węglikotwórczy. Dodatek wolframu czyni stal bardzo odporną na odpuszczanie co powoduje że zachowuje ona własności mechaniczne. Zawartość bardzo twardych i trwałych węglików wolframu uodparnia stal na ścieranie i zużycie, nadając stalom narzędziowym wysoką zdolność skrawania i odporność ostrza na ścieranie. 

g). Co: pierwiastek austenitotwórczy, nie tworzy węglików, zmniejsza hartowność stali. Podwyższa odporność na odpuszczające działanie wysokich temperatur. Narzędzia wykonane ze stali zawierających kobalt są bardzo trwałe i odporne na ścieranie.

1. WĘGLIKOSTALE SPIEKANE:

To cermetale narzędziowe uzyskiwane metodami metalurgii proszków, w których objętościowa zawartość węglików wynosi ok. 50%, a osnowę wiążącą stanowią stale stopowe lub stopy utwardzane wydzieleniowo o strukturze martenzytycznej lub austenitycznej.

Do produkcji węglikostali spiekanych są wykorzystywane głównie węgliki tytanu TiC, nie ulegające niemal zupełnie rozpuszczaniu w osnowie stalowej podczas obróbki cieplnej, której poddaje się narzędzia lub inne elementy wykonywane z tych materiałów.

Węglikostale spiekane są produkowane dwoma sposobami:

• przez spiekanie porowatego szkieletu z proszku węglika tytanu i następnie nasycaniu szkieletu ciekłą stalą,

• klasycznymi metodami metalurgii proszków przez mieszanie proszków TiC i proszków odpowiedniej stali, prasowanie i następnie spiekanie.

Trwałość narzędzi wykonanych z węglikostali spiekanych jest 10÷20–krotnie większa niż narzędzi wytworzonych z konwencjonalnych stali narzędziowych.

Mimo znacznych kosztów produkcji, bardzo korzystne własności eksploatacyjne węglikostali spiekanych sprawiają, że znalazły one duże zastosowanie. Węglikostale spiekane należą do najdroższych tworzyw narzędziowych.

W zależności od gatunku węglikostale spiekane są stosowane do wytwarzania narzędzi do obróbki plastycznej na zimno i na gorąco, narzędzi wykrojnikowych i części pras w metalurgii proszków.

1. MATERIAŁY KOMPOZYTOWE O OSNOWIE METALOWEJ:

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE UTWARDZANE DYSPERSYJNIE

Materiały kompozytowe o osnowie metalowej mogą zawierać cząstki dyspersoidów o średnicy 10 - 250 nm. Cząstki te, zwykle tlenki metali, rozmieszczone w osnowie wpływają na zablokowanie ruchu dyslokacji i nawet jeżeli nie są koherentne z osnową wpływają na jej umocnienie. Cząstki te nie mogą rozpuszczać się w osnowie, chociaż niewielka rozpuszczalność może wpłynąć na poprawę przyczepności dyspersoidów i osnowy.

Do pracy w temperaturze otoczenia stosuje się najczęściej kompozyty o osnowie aluminiowej, do pracy w podwyższonych temperaturach stosuje się kompozyty o osnowie tytanowej. Do zbrojenia kompozytów o osnowie metalowej stosuje się najczęściej włókna węglowe i borowe.

Kompozyty o osnowie tytanowej są najczęściej zbrojone włóknami boru i węglika krzemu - głównie kompozyty te wykorzystywane są w przemyśle lotniczym przy budowie samolotów. Charakteryzują się one znaczną wytrzymałością na wysoką temperaturę w porównaniu z kompozytami w osnowie aluminiowej.

//Ze względu na swoje wysokie właściwości wytrzymałościowe i sztywnościowe

kompozyty Al/włókno węglowe stosowane są w budowie samolotów, pocisków rakietowych.

Podobną metodą wytwarzane są kompozyty Al/włókno borowe, które wykazują wyższe właściwości wytrzymałościowe niż ze wzmocnieniem z włókna węglowego.

Kompozyty o osnowie niklu lub jego stopów stosowane są na materiały pracujące w wysokich temperaturach do 1473K.

1. PRZEMIANY W STALI ZACHODZĄCE PODCZAS CHŁODZENIA:

W czasie chłodzenia austenitu, w zależności od szybkości chłodzenia i temperatury przechłodzenia, mogą zachodzić przemiany:

>Przemianą martenzytyczną jest przemianą bezdyfuzyjną i zachodzi przy dużym przechłodzeniu austenitu do temperatury Ms, początku tej przemiany, w przypadku dużej liczby stali mniejszej nawet od ok. 200°C, przy chłodzeniu z szybkością większą od krytycznej Vk.

>Przemiana bainityczna łączy w sobie cechy przemiany bezdyfuzyjnej i dyfuzyjnego

przemieszczania węgla. Zachodzi przy przechłodzeniu stali do temperatury

w zakresie ok. 450÷200°C. W wyniku przemiany powstaje bainit, będący mieszaniną

ferrytu przesyconego węglem i dyspersyjnych węglików.

>Przemiana perlityczna zachodzi po ochłodzeniu austenitu nieznacznie poniżej

temperatury Ar1. W jej wyniku z austenitu powstaje mieszanina eutektoidalna złożona

z płytek ferrytu i cementytu zwana perlitem. Siłą pędną przemiany perlitycznej

jest różnica energii swobodnej austenitu i mieszaniny ferrytu i cementytu.

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 najczęściej 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 eutektoidalnej.

W warstwie nawęglonej stali węglowych można wyróżnić kilka stref:

• nadeutektoidalną – o strukturze perlitu z cementytem, w niektórych przypadkach występującego w postaci szkodliwej siatki na granicach ziarn perlitu;

• eutektoidalną – o strukturze perlitycznej;

• podeutektoidalną – o strukturze perlityczno–ferrytycznej.

Nawęglanie z następnym hartowaniem i niskim odpuszczaniem zapewnia dużą twardość powierzchni obrobionych elementów, dużą odporność na ścieranie i naciski powierzchniowe, znaczną wytrzymałość zmęczeniową. Rdzeń stali po takich operacjach obróbki cieplno–chemicznej i cieplnej wykazuje dużą ciągliwość, sprężystość i odporność na dynamiczne działanie obciążeń. W celu poprawienia własności stal nawęgloną poddaje się dalszej obróbce cieplnej…

1. OBRÓBKA PLASTYCZNA METALI NA ZIMNO:

Jest to obróbka prowadzona poniżej temperatury rekrystalizacji

Cechą charakterystyczną obróbki plastycznej na zimno jest zjawisko umocnienia występujące w czasie odkształcania. Zjawisko to powoduje wzrost właściwości wytrzymałościowych, twardość oraz spadek własności plastycznych (wydłużenie, przewężenie). Charakter umocnienia jest różny dla różnych metali i stopów.

Zgniot: zespół zmian zachodzących w metalu lub stopie wywołanych obróbką plastyczną na zimno; wynika ze zmiany struktury metalu i przejawia się: wzrostem jego twardości i wytrzymałości, spadkiem plastyczności, przewodności elektronu i odporności na korozję, zmniejszeniem gęstości; poprawienie właściwości wytrzymałościowych w wyniku zgniotu jest zwane umocnieniem przez zgniot.

Cechy obróbki plastycznej na zimno:

- Intensywne wzmocnienie;

- Włóknista struktura;

- Brak śladów zdrowienia i rekrystalizacji;

- Gwałtowny wzrost wytrzymałości;

- Zmniejszenie plastyczności;

1. STALE STOPOWE Z MIKRODODATKAMI:

W stalach tych wzrost własności wytrzymałościowych osiągnięty został poprzez wprowadzenie, oprócz Mn, dodatkowo małych ilości Nb lub (i) V. Przy spawaniu tych stali większe trudności spowodowane są przechodzeniem do spoin mikrododatków w wyniku przetopienia spawanych brzegów blach. Mikrododatki te przechodzą do spoiny, tworzą wysokodyspersyjne węglikoazotki, powodując spadek własności plastycznych spoin.

W stalach niskostopowych wprowadzenie mikrododatków Al, V, Nb, Zr, Ti, N powoduje obniżenie temperatury przejścia w stan kruchy i powoduje dodatkowe umocnienie stali.

Mikrododatek B przy stężeniu kilku tysięcznych części procentu wpływa głownie na zwiększenie hartowności stali ulepszanych cieplnie.

/mikrododatki w stalach niskostopowych o podwyższonej wytrzymałości przedstawia się następująco:

Nb – niob, V – wanad, B – bor.

1. STALE STOPOWE NARZĘDZIOWE DO PRACY NA GORĄCO:

Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco są stosowane na narzędzia pracujące w zakresie temperatury 250÷700°C. W najniższej temperaturze pracują niektóre narzędzia kuźnicze i noże do cięcia na gorąco, w najwyższej – matryce pras kuźniczych i do wyciskania oraz formy do odlewania pod ciśnieniem. Skład chemiczny stali narzędziowych do pracy na gorąco oraz ich obróbka cieplna zapewniają wysoką wytrzymałość, twardość i odporność na ścieranie w wysokiej temperaturze pracy. W stalach tych stężenie węgla jest ograniczone do ok. 0,3÷0,6%. Wynika to z konieczności zapewnienia tym stalom wymaganej odporności na zmęczenie cieplne i obciążenia dynamiczne.

Głównymi pierwiastkami stopowymi są Cr, W, Mo i V, powodujące efekt twardości wtórnej podczas odpuszczania.

Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco dostarcza się w stanie zmiękczonym, zapewniającym dobrą obrabialność i jednorodny rozkład węglikow w osnowie ferrytu. Narzędzia wykonane przez obrobkę skrawaniem poddaje się obrobce cieplnej składającej się z hartowania i wysokiego odpuszczania.

Trwałość narzędzi do pracy na gorąco zależy od poprawnie wykonanej obróbki cieplnej oraz od właściwych warunków eksploatacji, w szczególności od podgrzewania narzędzi do temperatury ok. 300°C przed rozpoczęciem pracy oraz stosowania odpowiednich środków chłodzących powierzchnie robocze narzędzia po każdym cyklu odkształcenia plastycznego obrabianego materiału

Zadowalającą żaroodporność stali narzędziowych stopowych do pracy na gorąco zapewnia Cr i Si.

1. STALIWO:

Wieloskładnikowy stop żelaza z węglem w postaci lanej, nie poddany obróbce plastycznej.

/zawierający zwykle mniej niż 2% węgla/

STALIWO DZIELI SIE ZE WZGLĘDU NA:

• skład chemiczny:

-węglowe, zawierające tylko składniki zwykłe i zanieczyszczenia z przerobu hutnicze;

-stopowe, zawierające dodatkowo wprowadzone celowo domieszki stopowe;

/ manganowe; manganowo-krzemowe; chromowe; chromowo-molibdenowe; chromowo-manganowo-krzemowe; żaroodporne; odporne na korozję (nierdzewne i kwasoodporne); konstrukcyjne do pracy w podwyższonych temperaturach/

• własności fizyczne:

-zwykłej jakości;
-wyższej jakości;
-najwyższej jakości.

1. STOPY ALUMINIUM Z MAGNEZEM:

Aluminium tworzy z Mg roztwór stały graniczny α o rozpuszczalności zmniejszającej się wraz z obniżaniem temperatury, krystalizujący w sieci ściennie centrowanej typu A1 układu regularnego.

W stopach przemysłowych Al z Mg stężenie Mg jest zawarte w przedziale od 0,5 do ok. 13%. Stopy o małym stężeniu Mg wykazują dużą podatność na obróbkę plastyczną, a o dużym stężeniu – bardzo dobre własności odlewnicze.

Stopy aluminium z Mg – oprócz siluminów – są najczęściej stosowanymi stopami odlewniczymi. Wykazują bowiem największą spośród stopów aluminium odporność na korozję i najmniejszą gęstość.

Stopy odlewnicze Al z Mg znajdują zastosowanie na odlewy o dużej odporności na korozję, np. na armaturę morską, elementy aparatury chemicznej oraz elementy dekoracyjne, a także silnie obciążone i narażone na uderzenia.

Stopy Al z Mg do obróbki plastycznej, zwane zwyczajowo hydronaliami, zawierają 0,4÷5,6% Mg, a także niewielki dodatek Mn, niekiedy Si, Cr, Fe lub Pb. Charakteryzują się podwyższonymi własnościami mechanicznymi, odpornością na korozję w środowisku wody i atmosfery morskiej oraz dobrą spawalnością i podatnością na głębokie tłoczenie.

1. TYTAN I JEGO STOPY:

Tytan należy do metali lekkich (q = 4,507 Mg/m³). Biorąc pod uwagę jego własności, takie jak: dość duża wytrzymałość i plastyczność, mały ciężar właściwy, odporność na korozję,

a poza tym jego dużą zawartość w skorupie ziemskiej, należy uważać tytan za metal przyszłościowy. temp. topnienia wynosi ok. 1668°C, wrzenia 3260°C, a przemiany alotropowej 882°C.

• Tytan ma dwie odmiany alotropowe:

α, o sieci heksagonalnej — A3

β, o sieci RPC — A2

Głównymi dodatkami stopowymi tytanu są: Al, Sn, Mo, V, Mn, Fe, Cr, przy czym aluminium występuje prawie zawsze w ilości 3 – 6%. Pierwia­stki stopowe, rozpuszczając się w tytanie, zwiększają jego wytrzymałość, przy czym największy efekt umacniający dają Fe, Cr i Al. Wpływają również na położenie temperatury przemiany alotropowej. Niektóre, np. Cr, Mn, Fe, Al, wykazują ograniczoną rozpuszczalność i tworzą związki międzymetaliczne, umożliwiając utwardzanie wydzieleniowe stopu, jednak efekt jest niewielki.

Tytan i jego stopy są dobrze tolerowane przez organizm ludzki i znajdują coraz szersze zastosowanie w medycynie, zarówno w protetyce (np. na protezy stawów i różnorodne implanty) jak i w technice medycznej.

Związki tytanu, a zwłaszcza węglik tytanu TiC, są wykorzystywane także w produkcji bardzo twardych materiałów narzędziowych,takich jak węglikostale i węgliki spiekane.

1. STALE ODPORNE NA KOROZJE:

Stale odporne na korozję - jest to pojęcie zbiorcze dla stali zawierających co najmniej 10,5 % chromu (Cr) i wykazujących w przeciwieństwie do stali niestopowych wyraźnie polepszoną odporność na korozję. Wyższe zawartości Cr i dalszych składników stopowych jak na przykład nikiel (Ni) oraz molibden (Mo) jeszcze bardziej podwyższają odporność na korozję. Ponadto dodanie określonych innych, pierwiastków do stopu może mieć pozytywny wpływ na dalsze własności, na przykład:

/niob, tytan (odporność na korozję międzykrystaliczną),

/azot (wytrzymałość, odporność na korozję),

/siarka (skrawalność).

Przyjmując za kryterium podziału odporność na korozję, można wyróżnić:

• stale trudno rdzewiejące;

• stale odporne na korozję.

-ferrytyczne:

- z zawartością około 11 do 13 % Cr - ich odporność na korozję, już w niekorzystnych warunkach atmosferycznych, jest ograniczona tak, że zalicza się je jedynie do stali o

podwyższonej odporności na korozję.

- z zawartością około 17 % Cr. - osiąga się lepszą odporność na korozję dzięki wyższej zawartości chromu. Przez wprowadzenie ok. 1 % molibdenu jako dodatku stopowego można jeszcze bardziej poprawić odporność na korozję.

-martenzytyczne: struktura martenzytu odpuszczonego zapewnia tym stalom większe własności wytrzymałościowe, przy nieco mniejszej odporności na korozję

-austenityczne: oferują szczególnie korzystną kombinację podatności do obróbki, własności mechanicznych i odporności na korozję. Zaleca się ich stosowanie w wielu dziedzinach i stanowią one najważniejszą grupę stali odpornych na korozję. wartości wydłużenia przy zerwaniu stali austenitycznych są prawie dwukrotnie wyższe niż dla stali ferrytycznych-prowadzi to do bardzo dobrej zdolności do przeróbki plastycznej na zimno

-ferrytyczno–austenityczne: określane często jako stale podwójne (Duplex). należy podkreślić ich dobrą odporność na wywoływaną przez chlorki korozję naprężeniową.

1. STOPY ALUMINIUM Z KRZEMEM:

Aluminium tworzy z krzemem układ z eutektyką, występującą przy stężeniu 12,6% Si, i dwoma roztworami stałymi granicznymi o rozpuszczalności składników zmniejszającej się wraz z obniżeniem temperatury. Roztwor α (Si w Al) wykazuje sieć regularną typu A1.

Aluminium w temperaturze eutektycznej rozpuszcza się w Si w bardzo niewielkim stężeniu – ok. 0,07%, a w temperaturze pokojowej nie wykazuje niemal zupełnie rozpuszczalności w Si.

Podstawową grupę stopow Al z Si stanowią stopy odlewnicze zwane siluminami - krzem, jako podstawowy składnik tych stopow, zapewnia dobrą rzadkopłynność oraz lejność i mały skurcz odlewniczy.

Siluminy o składzie eutektycznym charakteryzują się bardzo dobrymi własnościami odlewniczymi, nie wykazują skłonności do pękania na gorąco.

Siluminy mogą być rownież stopami wieloskładnikowymi. Zawierają wówczas dodatki Cu, Mg i Mn, zwiększające wytrzymałość

Siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujące znaczną żarowytrzymałość są stosowane na wysoko obciążone tłoki silnikow spalinowych.

1. MECHANIZM UTWARDZANIA WYDZIELENIOWEGO STOPÓW Al-Cu:

Stopy Al z Cu są poddawane utwardzaniu wydzieleniowemu. W wyniku przesycenia

miedzią roztwór stały ω znajduje się w stanie metastabilnym, cechującym się nadmiarem energii swobodnej.

-mechanizm:

a/W pierwszym stadium starzenia w sieci przesyconego roztworu stałego ω w płaszczyznach {100} tworzą się skupiska atomów miedzi, zwane strefami Guiniera–Prestona GP / Strefy GP powstają podczas starzenia samorzutnego w temperaturze pokojowej/

b/Różnice średnic atomów Al i Cu powodują znaczne odkształcenia sprężyste i naprężenia sieci i w wyniku tego umocnienie stopu

c/Zakończenie procesu jest związane z ustabilizowaniem się twardości, wówczas ok. 50% atomow Cu znajduje się w strefach GP.

1. STALE STOPOWE DO AZOTOWANIA:

Niektóre elementy maszyn, takie jak np. wały korbowe, korbowody powinny się cechować bardzo twardą i odporną na ścieranie warstwą wierzchnią w części współpracującej z innymi elementami oraz rdzeniem o dużej wytrzymałości przy możliwie dużej ciągliwości - własności takie zapewniają stale stopowe do azotowania

Stale te mają najczęściej dodatki Cr, Mo oraz Al

Skład chemiczny stali do azotowania jest tak dobrany, aby poza zapewnieniem dużej hartowności

oraz odporności na kruchość odpuszczania, pierwiastki stopowe tworzyły także dyspersyjne i twarde azotki podczas nasycania warstwy wierzchniej azotem

Obrobka cieplna elementow maszyn przeznaczonych do azotowania polega na hartowaniu i wysokim odpuszczaniu, po ktorym następuje szlifowanie wykończające powierzchni przewidzianych do nasycenia azotem i jako operacja końcowa – azotowanie

1. MAGNEZ I JEGO STOPY:

Magnez należy do metali lekkich. Krystalizuje w sieci heksagonalnej zwartej typu A3.

Temperatura topnienia Mg wynosi 649°C, a wrzenia – 1107°C.

Własności wytrzymałościowe Mg są niskie,

Stopy Mg cechuje mała gęstość i korzystne własności mechaniczne

Głównym dodatkiem w stopach Mg jest Al – w stężeniu 3÷11%. Stopy Mg z Al. do obróbki plastycznej wykazują strukturę roztworu stałego α. Aluminium zwiększa wytrzymałość i wydłużenie stopów odlewniczych Mg, poprawia też lejność i zmniejsza skurcz.

Oprócz Al do stopów Mg dodawany jest Zn, który zwiększa wytrzymałość i wydłużenie stopów Mg, polepsza również lejność.

Mangan –w stężeniu do ok. 0,5% – zwiększa wytrzymałość, poprawia odporność na korozję i umożliwia spawanie stopów Mg.

1. CHARAKERYSTYKA POWŁOK PVD:

Efektywnym sposobem zwiększania trwałości narzędzi jest nanoszenie na ich ostrza powłok. Najczęściej stosowana jest w tym celu metoda PVD, polegająca na fizycznym osadzaniu cienkich warstw z fazy gazowej. Naniesiona warstwa o grubości zwykle rzędu 3÷5 mm posiadając bardzo dużą twardość, najczęściej w granicach 2000÷3000 HV, znacznie zwiększa odporność ostrzy narzędzi na zużycie ścierne.

Nanoszenie powłok przeprowadzane jest na podłożu zimnym lub podgrzanym do 200÷500°C

• bardzo duża odporność na ścieranie oraz wysoka i równomierna twardość powierzchni roboczych narzędzi, a w związku z tym znaczny wzrost trwałości narzędzi (zwykle co najmniej dwukrotny, a czasem nawet pięciokrotny) i zmniejszenie kosztów produkcji,

• możliwość zwiększenia parametrów skrawania (prędkości skrawania o 40÷60 %) i co za tym idzie wydajności obróbki,

• zmniejszenie liczby awarii i wymian narzędzi (skrócenie czasów przestojów),

• polepszenie właściwości tribologicznych (zmniejszenie współczynnika tarcia),

• poprawa jakości powierzchni obrabianej i dokładności obróbki.

1. STALE SZYBKOTNĄCE i OBRÓBKA CIEPLNA STALI SZYBKOTNĄCYCH:

Stale szybkotnące są stosowane głównie na wieloostrzowe narzędzia skrawające, często na 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 bardzo 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. Stale szybkotnące są definiowane jako zawierające ≥0,6% C i 3÷6% Cr.

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.

//W procesie obróbki cieplnej stali szybkotnących ważne jest zastosowanie prawidłowej temperatury austenityzowania, zwykle o ok. 50÷70°C niższej od temperatury solidusu danego gatunku stali.

//Różnice w składzie chemicznym stali w sposob znaczący wpływają na ilość i rodzaj węglikow nierozpuszczonych podczas austenityzowania, co decyduje o własnościach użytkowych stali obrobionych cieplnie.

//Rozpuszczanie się węglikow podczas austenityzowania powoduje wzbogacenie osnowy w pierwiastki stopowe, polepszając hartowność i wpływając na przemiany fazowe zachodzące podczas chłodzenia austenitu nasyconego dodatkami stopowymi

1. STALE TYPU MARAGING:

Grupę stali typu maraging stanowią niskowęglowe stopy żelazowo–niklowe o strukturze martenzytycznej, utwardzane wydzieleniowo, cechujące się znaczną wytrzymałością i plastycznością.

/stale typu maraging umacniają się dzięki wydzielaniu faz międzymetalicznych/

Głównym pierwiastkiem stopowym w stalach typu maraging jest Ni, o stężeniu 8÷25%. Zwiększa on hartowność stali, odporność stali na kruche pękanie i decyduje o obniżeniu progu kruchości

Pierwiastkiem najsilniej umacniającym jest Ti. Przy stężeniu większym od 1% powoduje on jednak znaczne obniżenie ciągliwości stali. Natomiast na zwiększenie ciągliwości silnie wpływa Mo

/Chrom zwiększa ponadto odporność korozyjną tych stali/

Do stali typu „maraging“ mogą być dodawane Al (0,2÷0,3%), Be, Nb, W, Zr, a także Cr, silnie umacniające martenzyt przez wydzielanie faz międzymetalicznych, tworzonych przez te pierwiastki.

Obrobka cieplna stali typu maraging polega na hartowaniu z temperatury zależnej od gatunku stali, zbliżonej jednak do 800÷900°C, z chłodzeniem w powietrzu. Stale typu „maraging“ znajdują zastosowanie jako materiał konstrukcyjny do wytwarzania elementow pracujących w szerokim zakresie temperatury – od obniżonej do ok. –200°C po wysoką – do ok. 600°C, w szczegolnie ciężkich warunkach obciążeń mechanicznych

1. ODLEWNICZE STOPY ŻELAZA:

Staliwo jest stopem żelaza z węglem (do ok. 1,5%) w stanie lanym, przeznaczonym na odlewy podlegające dużym obciążeniom dynamicznym.

• Staliwa NIESTOPOWE (węglowe): ważnym materiałem konstrukcyjnym, stosowanym w postaci odlewów jest staliwo niestopowe. Otrzymuje się je w wyniku odlewania do form, w których krzepnie, uzyskując wymagany kształt użytkowy.

Własności staliw, zależą głownie od stężenia Staliwa, szczególnie nisko- i średniowęglowe, cechują się dobrą spawalnością.

• Staliwa STOPOWE: zawierają dodatki stopowe o stężeniu przekraczającym wartości graniczne takie same jak dla stali stopowych.

Gdy łączne stężenie dodatkow stopowych nie przekracza 2,5%, staliwo jest uważane za niskostopowe, gdy jest zawarte w przedziale 2,5÷5% – za średniostopowe, a przy stężeniu większym niż 5% – za wysokostopowe

Żeliwo odlewniczy stop żelaza z węglem o takiej zawartości węgla która zapewnia krzepnięcie z przemianą eutektyczną (praktycznie 2,5 do 4.5%C), zawierający pewne ilości krzemu (do 3,5%), manganu (do 1%), fosforu (do 0,8%) i siarki (do 0,3%) pochodzenia metalurgicznego.

• Żeliwa NIESTOPOWE:

Do materiałow odlewniczych najpowszechniej stosowanych w budowie maszyn należy żeliwo. Decydują o tym między innymi: stosunkowo niski koszt produktow, niska temperatura topnienia, dobre własności wytrzymałościowe oraz dobra skrawalność. Żeliwo zawiera ok. 2÷4% węgla. W zależności od postaci, w jakiej występuje węgiel, rozróżnia się żeliwa:

/szare, w ktorych węgiel występuje w postaci grafitu

/białe, w ktorych węgiel jest związany w cementycie:

/połowiczne (pstre), w ktorych występuje zarowno cementyt, jak i grafit.

/ciągliwe - żeliwa białe, które ulegają określonemu uplastycznieniu dzięki obróbce cieplnej.

/sferoidalne - żeliwa, w których grafit powstaje podczas krzepnięcia w postaci kulkowej.

• Żeliwa STOPOWE - żeliwa zawierające dodatkowo pierwiastki takie jak chrom, nikiel, molibden, aluminium, tytan, wanad, miedź, wolfram, bor lub zwiększone ilości krzemu i manganu. Dobór ww. pierwiastków oraz ich wzajemne stosunki ilościowe decydują o własnościach wytrzymałościowych, odporności na ścieranie i działanie środowisk korozyjnych oraz oddziaływanie atmosfer utleniających w wysokich temperaturach.

1. PROCES AZOTOWANIA:

Azotowanie polega na nasycaniu warstwy powierzchniowej stali azotem podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu przez określony czas w ośrodku zawierającym wolne atomy azotu. Operacja ta jest wykonywana w temperaturze niższej od Ac1

//Azotowanie może być:

• krótkookresowe, gdy czas jego trwania wynosi od kilkunastu minut do kilku godzin,

• długookresowe, gdy wynosi kilkadziesiąt godzin.

-w porównaniu z nawęglaniem:
-/ większa twardość warstewki o normalnej i podwyższonej temperaturze ,
-/ większa odporność na ścieranie i korozję ,
-/ mniejsze zmiany wymiarów.,
-/ koszty są większe niż przy nawęglaniu.

Azotowanie jest stosowane do elementów ze stali niestopowych i stopowych, maszynowych i narzędziowych, narażonych podczas pracy na zużycie ścierne, do elementów narażonych na korozję w środowisku wodnym lub wilgotnej atmosfery, a także do narzędzi skrawających.

1. SPOSOBY ZABIEGANIA KOROZJI METALI I STOPÓW:

• Podstawowym sposobem ochrony przed korozją chemiczną jest dobór odpowiedniego materiału do warunków środowiska agresywnego;

• Zastosowanie inhibitorów (opóźniaczy) korozji. Inhibitory tworzą zwykle na powierzchni metalu warstewki ochronne hamujące szybkość korozji.

• 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.

• Ochrona przed korozją za pomocą powłok ochronnych:

- powłoki nieorganiczne: metalowe i niemetalowe

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

1. KOBALT I JEGO STOPY:

Kobalt wykazuje dwie odmiany alotropowe. W temperaturze pokojowej występuje odmiana α o sieci heksagonalnej A3, a w temperaturze wyższej od 417°C – odmiana β o sieci regularnej ściennie centrowanej typu A1.

Temperatura topnienia Co osiąga 1493 ° C, a temperatura wrzenia 2900 ° C.

Kobalt charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję atmosferyczną, w środowiskach wód gruntowych, siarkowodoru, wodorotlenków sodu i potasu, ulegając korozji pod działaniem chloru, bromu, amoniaku i dwutlenku siarki.

Jest stosowany do elektrolitycznego powlekania metali i stopów o dużej odporności na korozję, jako lepiszcze w produkcji węglików spiekanych oraz jako dodatek stopowy w stalach szybkotnących, stopach na magnesy oraz stopach żarowytrzymalych.

Stopy kobaltu można podzielic na :

- żarowytrzymałe, /Fe, Ni, Si, Mn, Ti, W, V, Be, Ta/ - charakteryzują się dużą wytrzymałością

na pełzanie, wykazują jednak małą plastyczność

- na magnesy trwałe, stopy te mają dużą indukcję nasycenia, średnią przenikalność magnetyczną i wysokie własności wytrzymałościowe/

- stopy odlewnicze tzw. Stellity / 2÷4% C, 35÷55% Co, 25÷35% Cr, 10÷25% W oraz do 10% Fe /

1. STOPY MIEDZI Z KRZEMEM Cu-Si:

Techniczne stopy Cu z Si, nazywane brązami krzemowymi, wykazują strukturę jednofazową roztworu α, a stężenie Si w stopach dwuskładnikowych nie przekracza 3÷4%. Jednofazowa struktura zapewnia brązom krzemowym duże własności plastyczne, przy czym Si powoduje zwiększenie ich odporności na korozję. Praktyczne zastosowanie znalazły głownie brązy krzemowe wieloskładnikowe zawierające dodatki Mn, Fe, Zn, Ni, niekiedy także Co i Cr. Pierwiastki Mn, Zn i Ni, występujące w roztworze, silnie zmniejszają rozpuszczalność Si w fazie α, przy czym Mn i Ni zwiększają wytrzymałość i odporność na korozję, natomiast Zn polepsza lejność. Własności mechaniczne najbardziej poprawia Fe.

Stopy miedzi z krzemem są poddawane obróbce cieplnej polegającej na wyżarzaniu ujednorodniającym i odprężającym, a brązy przeznaczone do obróbki plastycznej– także wyżarzaniu rekrystalizującemu.

1. STALE STOPOWE SPRĘŻYNOWE:

Sprężyny i resory są wykonywane najczęściej ze stali sprężynowych. Materiał stosowany na elementy sprężyste powinien cechować się bardzo dobrymi własnościami sprężystymi, tzn. wysoką granicą sprężystości oraz dużą wartością stosunków tej wielkości do granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie. Pożądana jest duża wytrzymałość na zmęczenie przy ograniczonych wymaganiach dotyczących własności plastycznych.

Stale sprężynowe zawierają ok. 0,5÷1,25% C (najczęściej 0,5÷0,8% C), od którego przede wszystkim zależą własności wytrzymałościowe i granica sprężystości.

Dodatek Cr jeszcze intensywniej zwiększa hartowność i odporność stali na odpuszczanie, hamując jednocześnie relaksację naprężeń.

Stale chromowo–wanadowe stosuje się na najsilniej obciążone sprężyny

Obrobka cieplna sprężyn i resorow polega na austenityzowaniu w temperaturze 800÷870°C i hartowaniu w oleju lub wodzie zależnie od gatunku stali, a następnie średnim odpuszczaniu w temperaturze 380÷520°C

1. CYNK I JEGO STOPY:

Cynk jest metalem ciężkim, krystalizującym w sieci A3; Temperatura topnienia Zn wynosi 419,5°C, a wrzenia – 906°C; Jego dobra odporność na korozję sprawia, że jest stosowany do zabezpieczania stali przed korozją.

Cynk i jego stopy są stosowane w formie powłok, odlewow, blach, drutow ciągnionych, odkuwek i wyciskanych kształtownikow. Duże znaczenie odgrywa cynk w zastosowaniu w stopach miedzi jako anoda ochronna w środowisku wody morskiej.

Znalamy - stopy Zn z Al o stężeniu 3÷30%.

Wady liniowe/punktowe budowy krystalicznej i ich wpływ na własności metali :

• Wady punktowe:

-Wakanse – wolne węzły w sieci krystalicznej.

-Atomy międzywęzłowe – zajęły pozycje w lukach, opuszczając węzły sieci na skutek drgań cieplnych.

-Kontrakcja / ekspansja – lokalne odkształcenie sieci przestrzennej kryształu spowodowane obecnością zarówno wakansów jak i atomów międzywęzłowych.

[defekt Schottky’ego- przemieszczanie się atomu w miejsce sąsiadującego wakansu, w wyniku czego powstaje wakans w innym miejscu sieci]

[defekt Frenkla- przemieszczenie się rdzenia atomowego z pozycji węzłowej do przestrzeni międzywęzłowej.]

• Wady liniowe (dyslokacje):

-dyslokacje krawędziowe;

-dyslokacje śrubowe - dyslokacja śrubowa to defekt liniowy struktury krystalicznej spowodowany przemieszczeniem części kryształu wokół osi, zwanej linią dyslokacji śrubowej. Dyslokacje śrubowe mogą być prawoskrętne lub lewoskrętne.

-dyslokacje mieszane.

Wykres Fe-C + Składniki strukturalne wykresu Fe-C;

>Ferryt (alfa) – jest to roztwór stały graniczny węgla w żelazie Fe (alfa) o maksymalnej rozpuszczalności węgla 0,0218% w temperaturze 727 (stopni) C.

>Austenit (gamma) – jest to roztwór stały graniczny węgla w żelazie Fe (gamma) o maksymalnej rozpuszczalności węgla 2,11% w temperaturze 1148 (stopni) C.

>Perlit – jest to mieszanina eutektoidalna ferrytu z cementytem, zawierająca 0,77% węgla.

>Ledeburyt – mieszanina eutektyczna austenitu z cementytem, o stałej zawartości węgla 4,3%.

Dwuskładnikowy układ równowagi fazowej o zupełnej rozpuszczalności składników w stanie stałym.

WYKRES Cu-Zn: