1.Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco

Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco są stosowane na narzędzia pracujące w zakresie temperatury 250÷700°C. 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.

Obróbka cieplna

Stale narzędziowe stopowe do pracy na gorąco dostarcza się w stanie zmiękczonym, zapewniającym dobrą obrabialność i jednorodny rozkład węglików w osnowie ferrytu. Narzędzia wykonane przez obróbkę skrawaniem poddaje się obróbce cieplnej składającej się z hartowania i wysokiego odpuszczania. W celu zmniejszenia naprężeń cieplnych stosuje się wielostopniowe nagrzewanie do temperatury austenityzowania, zwłaszcza narzędzi o dużych wymiarach, wykonanych ze stali wysokostopowych. Aby zabezpieczyć narzędzia przed odwęglaniem i utlenianiem, nagrzewanie i wygrzewanie w temperaturze wyższej od 650°C odbywa się w piecach z atmosferami ochronnymi.

Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno

Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno są stosowane na narzędzia nieosiągające w czasie pracy temperatury wyższej niż 200°C. Stale stopowe do pracy na zimno w porównaniu ze stalami narzędziowymi niestopowymi wykazują podwyższoną hartowność, powodowaną głównie zwiększonym stężeniem Mn, Cr, a w niektórych gatunkach – także W, V i Ni. Umożliwia to hartowanie stali narzędziowych stopowych w oleju, a nawet powietrzu, zmniejszając prawdopodobieństwo zmian wymiarowych, paczenia i pęknięć hartowniczych. Dodatki stopowe, zwłaszcza V, Cr i W, wpływają na tworzenie w stalach narzędziowych węglików stopowych sprzyjających uzyskiwaniu dużej odporności stali na ścieranie. W niektórych stalach dodatki węglikotwórcze powodują efekt twardości wtórnej, związany z wydzielaniem dyspersyjnych węglików stopowych, np. typu M4C3, M2C, M23 C6 lub M6C. Stale średniowęglowe wysokochromowe są odporne na korozję i mogą być stosowane na niektóre narzędzia chirurgiczne. Stale niskowęglowe są przeznaczone do nawęglania, przez co narzędzia uzyskują twardą warstwę wierzchnią i miękki, ciągliwy rdzeń.

OBRÓBKA CIEPLNA

Od stali narzędziowych stopowych do pracy na zimno wymaga się przede wszystkim dużej twardości i odporności na ścieranie, dlatego poddaje się je hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu. Temperatura ich austenityzowania jest wyższa w przypadku większego stężenia pierwiastków węglikotwórczych w stali. Ponieważ część węglików zwiększających odporność na ścieranie powinna pozostać nierozpuszczona, stale nadeutektoidalne hartuje się z temperatury o 30÷60°C wyższej od Ac1. Natomiast stale ledeburytyczne, o dużym udziale węglików pierwotnych, można hartować z temperatury wyższej od Acm. Odpuszczanie tych stali odbywa się najczęściej w zakresie temperatury 150÷260°C. Odpuszczanie w temperaturze 150÷220°C stosuje się dla stali niskostopowych. Narzędzia narażone na działanie obciążeń dynamicznych, od których jest wymagana większa ciągliwość, poddaje się odpuszczaniu w temperaturze 250 ÷450°C. Taka obróbka cieplna powoduje jednak zmniejszenie twardości stali.. Stale średniowęglowe po zahartowaniu odpuszcza się w temperaturze do 400°C i stosuje na pracujące przy dużych obciążeniach dynamicznych narzędzia pneumatyczne, dłuta, wybijaki. Powierzchnia narzędzi wykonywanych ze stali narzędziowych do pracy na zimno powinna być zabezpieczona przed utlenianiem i odwęglaniem w czasie obróbki cieplnej. Z tego względu duże narzędzia są obrabiane cieplnie w piecach z atmosferami ochronnymi, a małe – w kąpielach solnych. Duże narzędzia wykonane zwykle ze stali wysokostopowych podgrzewa się stopniowo w celu ograniczenia naprężeń cieplnych, stosując również chłodzenie stopniowe lub ciągłe z możliwie małą szybkością. Po wychłodzeniu w temperaturze wyższej od Ms jest stosowane wolne chłodzenie w zakresie temperatury przemiany martenzytycznej. Po ochłodzeniu do temperatury 60 ÷80°C należy natychmiast podgrzać narzędzia do temperatury odpuszczania.

2.STAL HADFIELDA

Typowa stal odporna na ścieranie – X120Mn13 – nazywana stalą Hadfielda, zawiera 1,1÷1,3% C i 12÷13% Mn. Zgodnie z wykresem równowagi Fe–Mn–C stal ta w temperaturze wyższej od ok. 950°C wykazuje stabilną strukturę austenityczną, a po powolnym ochłodzeniu do temperatury pokojowej jest mieszaniną ferrytu i cementytu manganowego. Podczas ochłodzenia stali z wychłodzeniem izotermicznym w temperaturze ok. 600°C z austenitu wydzielają się węgliki (Fe,Mn)3C i następnie częściowo przebiega przemiana perlityczna. Stal w tym stanie wykazuje dobrą obrabialność. W wyniku przesycania z temperatury ok. 1000°C, z chłodzeniem w wodzie, w temperaturze pokojowej stal uzyskuje strukturę austenityczną. Stale X120Mn13 oraz X110Mn14 i X120Mn12 o zbliżonym składzie chemicznym (z dodatkiem Cr, Mo lub Ni), w stanie przesyconym cechują się dużą skłonnością do umocnienia w wyniku zgniotu związanego z tworzeniem mikrobliźniaków. Twardość stali wynosi wówczas ok. 500 HB.

ZASTOSOWANIE STALI HADFIELDA

Stal Hadfielda umacniająca się w czasie pracy, jest stosowana na elementy narażone na ścieranie przy dużych i dynamicznych naciskach powierzchniowych, np. na kosze koparek, gąsienice do ciągników, rozjazdy kolejowe, łamacze kamienia i młyny kulowe. Często ze względów technologicznych elementy te są wykonywane przez odlewanie ze staliwa GX120Mn13 o składzie analogicznym jak stali X120Mn13 (porównaj rozdz. 6.8.2, tabl. 6.78).

3. Wysokowytrzymałe niskowęglowe stale martenzytycznej utwardzane wydzieleniowo typu „maraging“

Nazwa tych stali pochodzi od angielskiego określenia starzenie martenzytu

SKŁAD CHEMICZNY I WŁASNOŚCI

Grupę stali typu „maraging stanowią niskowęglowe stopy żelazowo–niklowe o strukturze martenzytycznej, utwardzane wydzieleniowo, cechujące się znaczną wytrzymałością i plastyczności. Głównym pierwiastkiem stopowym w stalach typu „maraging“ jest Ni, o stężeniu 8÷25%. Zwiększa on hartowność stali umożliwiając w czasie hartowania, po austenityzowaniu, zajście przemiany martenzytycznej podczas chłodzenia w powietrzu, zwiększa również odporność stali na kruche pękanie i decyduje o obniżeniu progu kruchości, tak że granica plastyczności zmienia się nieznacznie do temperatury ok. –250°. 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. Chrom zwiększa ponadto odporność korozyjną tych stali. Dodatek Si sprzyja umocnieniu przez zmniejszenie rozpuszczalności Mo i Ti w żelazie Feα, natomiast Mn powoduje umocnienie martenzytu, przy większym stężeniu tworząc fazy NiMn i Ni3Mn. Niekorzystnie na własności stali typu „maraging“ oddziałują C i N, tworzące węgliki i azotki – zamiast pożądanych faz międzymetalicznych. Szkodliwy jest również wpływ S i P.

OBRÓBKA CIEPLNA STALI TYPU „MARAGING“

Obróbka cieplna stali typu „maraging“ polega na hartowaniu z temperatury zależnej od gatunku stali, zbliżonej jednak do 800÷900°C, z chłodzeniem w powietrzu. Strukturę stali po hartowaniu stanowi bezwęglowy martenzyt żelazowo– niklowy o wytrzymałości Rm ok. 1000 MPa, twardości ok. 30 HRC i znacznej plastyczności. Odpuszczanie stali typu „maraging“ odbywa się w zakresie 450÷550°C – w zależności od gatunku. Odpuszczanie powoduje znaczne zwiększenie wytrzymałości i niewielkie zmniejszenie własności ciągliwych.

ZASTOSOWANIE STALI TYPU „MARAGING“

Stale typu „maraging“ znajdują zastosowanie jako materiał konstrukcyjny do wytwarzania elementów pracujących w szerokim zakresie temperatury – od obniżonej do ok. –200°C po wysoką – do ok. 600°C, w szczególnie ciężkich warunkach obciążeń mechanicznych. Stale te są stosowane najczęściej w technice lotniczej i rakietowej, w przemyśle zbrojeniowym, a także w chemicznym i naftowym na zbiorniki wysokociśnieniowe, w budowie okrętów, do wyrobu sprężyn. Stale typu „maraging“ o odpowiednio dobranym składzie chemicznym są także stosowane na niektóre narzędzia do pracy na gorąco, w tym na matryce kuźnicze, a specjalne stale bezniklowe – także na narzędzia tradycyjnie wytwarzane ze stali szybkotnących.

4.

Cecha	Azotowanie	Nawęglanie
pierwiastek	azot	węgiel
asortyment stali	stali niestopowych i stopowych, maszynowych i narzędziowych	się stale niestopowe lub stopowe o zawartości węgla 0,10 ÷ 0,25 %
temperatura procesu	niższa od Ac1.	900÷950°C
grubość warstwy	0,020÷0,025 mm	0,5÷2 mm
czas kiedy się to robi	azotowaniu poddaje się przedmioty zahartowane i odpuszczone	Przed hartowaniem i odpuszczaniem
czas trwania procesu	krótkookresowe, gdy czas jego trwania wynosi od kilkunastu minut do kilku godzin, długookresowe, gdy wynosi kilkadziesiąt godzin.	zależy od grubości warstwy, która chcemy uzyskać
hartowanie	brak	hartowaniu z temperatury właściwej dla rdzenia – wyższej od Ac3 – i ponownym hartowaniu z temperatury wyższej od Ac1, wła- ściwej dla nawęglonej warstwy powierzchniowej
odpuszczanie	brak	niskiemu odpuszczaniu w temperaturze 160÷180°C przez 1,5÷2 h.
twardość	800÷1200 HV	250÷300 HB
odporność na korozję	wysoka	-

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, sprę- żystość i odporność na dynamiczne działanie obciążeń. W celu zapewnienia wymienionych własności nawęglanie jest stosowane mię- dzy innymi w procesach technologicznych kół zębatych, wałków zębatych i z wielowypustami, wałków rozrządu, sworzni tłokowych i kulistych, pierścieni i wałków łożysk tocznych o dużych wymiarach.

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. Azotowaniu są poddawane bardzo liczne elementy silników i pomp wytwarzanych w przemyśle lotniczym, okrętowym i motoryzacyjnym, np. wały korbowe, korbowody, tuleje cylindrowe, koła zębate, wałki, tłoki, pierścienie i sworznie tłokowe, cylindry, nurniki pomp. W przemyśle obrabiarkowym azotowanie znalazło zastosowanie np. do śrub pociągowych, wrzecion, kół zębatych, elementów przekładni ślimakowych i sprzęgieł elektromagnetycznych. Do narzędzi poddawanych azotowaniu należą np. matryce kuźnicze, ciągadła i inne narzędzia do obróbki plastycznej, formy do tworzyw sztucznych oraz elementy wtryskarek i wytłaczarek, narzędzia skrawające ze stali szybkotnących, takie jak frezy, wiertła, gwintowniki i narzędzia do obróbki kół zębatych.

5. Aluminium ma liczbę atomową równą 13. Nie wykazuje ono odmian alotropowych i krystalizuje w sieci regularnej ściennie centrowanej typu A1 . Temperatura topnienia aluminium wynosi 660,37°C, a wrzenia 2494°C. Gęstość aluminium wynosi 2,7 g/cm3 w 20°C. Aluminium w stanie wyżarzonym cechuje się wytrzymałością na rozciąganie wynoszącą R m = 70÷120 MPa, granicą plastyczności Re = 20÷40 MPa, wydłużeniem A11,3 = 30÷45% i przewężeniem Z = 80÷95%

Stopy Aluminium

Stosunkowo niskie własności wytrzymałościowe aluminium można zwiększyć – nawet kilkakrotnie – przez wprowadzenie pierwiastków stopowych oraz obróbkę cieplną stopów. W porównaniu ze stalami stopy aluminium charakteryzują się znacznie mniejszą masą, a w niskiej temperaturze – większą udarnością. Najogólniej – ze względu na sposób wytwarzania – stopy aluminium dzieli się na: do obróbki plastycznej, odlewnicze. Niektóre z tych stopów mogą być stosowane zarówno jako odlewnicze jak i przeznaczone do obróbki plastycznej.

STOPY ALUMINIUM DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Stopy do obróbki plastycznej zawierają zwykle do ok. 5% pierwiastków stopowych, najczęściej Cu, Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li.

ODLEWNICZE STOPY ALUMINIUM

Odlewnicze stopy aluminium są przeważnie stopami wieloskładnikowymi o du- żym stężeniu – od 5 do 25% – pierwiastków stopowych, głównie Si, Cu, Mg, Zn i Ni lub ich różnych zestawień. Charakteryzują się dobrą lejnością i często małym skurczem odlewniczym. W stanie lanym można także stosować stopy zawierające mniej niż 5% pierwiastków stopowych.

Stopy aluminium z krzemem

Podstawową grupę stopów Al z Si stanowią stopy odlewnicze zwane siluminami, o stężeniu 2÷30% Si. Krzem, jako podstawowy składnik tych stopów, 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. Własności mechaniczne stopów obniżają jednak wydzielenia kryształów roztworu β (praktycznie kryształów Si), co występuje szczególnie po wolnym chłodzeniu z temperatury odlewania. Strukturę tego siluminu można polepszyć przez szybkie chłodzenie po odlaniu lub modyfikowanie. Siluminy mogą być również stopami wieloskładnikowymi. Zawierają wówczas dodatki Cu, Mg i Mn, zwiększające wytrzymałość

Siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujące znaczną żarowytrzymałość są stosowane na wysoko obciążone tłoki silników spalinowych. Ze stopów podeutektycznych wytwarza się silnie obciążone elementy dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracujące w podwyższonej temperaturze i w wodzie morskiej. Wieloskładnikowe stopy Al z Si są stosowane m.in. na głowice silników spalinowych oraz inne odlewy w przemyśle maszynowym. Stopy Al z niewielkim dodatkiem – do ok. 2% – są przeznaczone do obróbki plastycznej, na średnio obciążone elementy konstrukcji lotniczych i pojazdów mechanicznych oraz elementy głęboko tłoczne i kute o złożonym kształcie. Stopy zawierające od 5 do 12% Si mogą być poddane również obróbce plastycznej, np. w celu wytworzenia drutów spawalniczych.

Stopy aluminium z magnezem

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. Własności odlewnicze tych stopów są jednak gorsze niż siluminów. Stopy Al z Mg zawierają zwykle inne dodatki stopowe, wprowadzone jednak w niewielkim stężeniu. Dodatek Si poprawia rzadkopłynność. Dodatki Mn lub Cr zmniejszają niekorzystny wpływ Fe na korozję tych stopów. Miedź, dodawana rzadko, zmniejsza podatność na pitting, pogarszając jednocześnie odporność stopów na korozję. Cynk polepsza własności wytrzymałościowe i odlewnicze, Ti, a także B zmniejszają wielkość ziarna, natomiast Be i dodawany niekiedy Li zmniejszają skłonność Mg do utleniania w kąpieli metalowej przed odlaniem stopu i również w stanie stałym podczas pracy w podwyższonej temperaturze. Dodatek Pb polepsza podatność stopów Al z Mg na obróbkę skrawaniem. 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. Własności wytrzymałościowe tych stopów są zwiększane w wyniku umocnienia zgniotowego. Poddaje się je także wyżarzaniu ujednorodniającemu, rekrystalizującemu oraz odprężającemu, a także utwardzaniu wydzieleniowemu. Można również stosować do nich nisko- i wysokotemperaturową obróbkę cieplno–mechaniczną.

Stopy aluminium z miedzią

Odlewnicze stopy Al z Cu zawierają do ok. 5% Cu, niekiedy dodatek Ti, wpływający na rozdrobnienie ziaren i zwiększenie lejności. Są stosowane rzadziej niż stopy Al z Si ze względu na trudności technologiczne związane z wytwarzaniem odlewów (wykazują podatność na mikropęknięcia podczas odlewania). Dodatek Cu zwiększa żaroodporność, pogarsza jednak odporność na korozję – w szczególności międzykrystaliczną Stopy te są stosowane na średnio i bardzo obciążone elementy samochodów i maszyn.

W pierwszym stadium starzenia w sieci przesyconego roztworu stałego różno węzłowego ω o przypadkowym rozmieszczeniu atomów Cu w płaszczyznach {100} tworzą się skupiska atomów miedzi, zwane strefami Guiniera–Prestona GP. Strefy GP powstają podczas starzenia samorzutnego w temperaturze pokojowej i mają postać cienkich płytek o grubości kilkudziesięciu i średnicy kilkuset nm, całkowicie koherentnych z osnową roztworu ω

STOPY ALUMINIUM Z MIEDZIĄ I MAGNEZEM DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Stopy aluminium z Cu i Mg oraz niewielkim dodatkiem Mn albo Fe, lub Si są nazywane duraluminium lub duralami miedziowymi. Zwiększenie stężenia Cu oraz Mg powoduje podwyższenie własności wytrzymałościowych i zmniejszenie własności plastycznych oraz podatności durali na obróbkę plastyczną. Stopy Al z Cu i Mg są poddawane obróbce cieplnej polegającej na wyżarzaniu ujednorodniającym, rekrystalizującym i przede wszystkim na utwardzaniu wydzieleniowym. Przesycanie odbywa się w wodzie po wygrzewaniu w temperaturze ok. 490÷510°C przez 4÷6 h. Durale miedziowe są stosowane na elementy maszyn, pojazdów mechanicznych, taboru kolejowego, samolotów, a także w budownictwie. Ich zastosowanie jest jednak ograniczone z powodu braku odporności na korozję.

Wieloskładnikowe stopy Al z Cu zawierające – oprócz Mg, Si i Mn – także Fe, Ni, Ti, Zr lub Li cechują się dobrymi własnościami mechanicznymi zarówno w temperaturze pokojowej, jak i podwyższonej. Duża ich żarowytrzymałość jest związana z tworzeniem się faz bogatych w Fe, Mn lub Ti.
Żarowytrzymałe stopy aluminium cechują się dobrą odpornością na korozję gazową i erozję. Obróbka cieplna tych stopów polega na wyżarzaniu rekrystalizującym po zgniocie na zimno oraz na utwardzaniu wydzieleniowym. Przesycanie odbywa się zwykle w wodzie z temperatury 510÷540°C, natomiast starzenie w temperaturze 160÷200°C przez kilka do kilkudziesięciu godzin. Żarowytrzymałe stopy aluminium są stosowane na elementy konstrukcyjne wytwarzane z wykorzystaniem obróbki plastycznej, głównie kucia matrycowego, pracujące w temperaturze do ok. 350°C, w szczególności na elementy konstrukcji lotniczych, środków transportu i maszyn. Własności tych stopów w temperaturze pokojowej są jednak niższe od własności durali miedziowych. Z tego względu należy unikać stosowania wieloskładnikowych stopów Al z Cu na elementy konstrukcyjne pracujące wyłącznie w temperaturze pokojowej.

Czteroskładnikowe stopy Al z Zn, zawierające Mg i Cu, zwane duralami cynkowymi, wykazują najwyższe własności wytrzymałościowe ze wszystkich stopów aluminium. W stanie utwardzonym wydzieleniowo ich wytrzymałość na rozciąganie R m osiąga ok. 700 MPa, a granica plastyczności Rp0,2 – ok. 600 MPa, przy małym wydłużeniu A = 2÷5%. Ograniczenie ich stosowania jest związane z małą odpornością na działanie podwyższonej temperatury. Durale cynkowe są także mało odporne na korozję, w szczególności naprężeniową, i z tego względu często plateruje się je aluminium lub stopem Al z Zn. Są wytwarzane w postaci blach, prętów, odkuwek i kształtowników. Durale cynkowe są szeroko stosowane do wytwarzania różnych elementów maszyn, pojazdów mechanicznych, taboru kolejowego, a także elementów konstrukcji lotniczych.

6.Żaroodporność to odporność stopu na działanie czynników chemicznych, głównie powietrza oraz spalin i ich agresywnych składników w temperaturze wyższej niż 550°C. Żaroodporność jest ściśle związana ze skłonnością stali do tworzenia zgorzeliny Zgorzelina powinna stanowić ciągłą warstwę, dokładnie przylegającą do metalicznego rdzenia, co utrudnia dyfuzję utleniacza i jonów metalu. Wymagania te spełniają niskowęglowe stale o jednofazowej strukturze ferrytu lub austenitu, o dużym stężeniu chromu i niklu oraz dodatkowo krzemu i aluminium. Chrom jest podstawowym pierwiastkiem zwiększającym żaroodporność stali.

Żarowytrzymałością jest nazywana odporność stopu na odkształcenia, z czym wiąże się zdolność do wytrzymywania obciążeń mechanicznych w wysokiej temperaturze – powyżej 550°C. Żarowytrzymałość w temperaturze wyższej od 550°C jest uzależniona głównie od odporności na pełzanie. Nikiel przy stężeniu 9%, w obecności ok. 18% Cr, powoduje tworzenie trwałej struktury austenitycznej, co decyduje o zwiększeniu żarowytrzymałości stali. Żarowytrzymałość podwyższają pierwiastki stopowe zwiększające energię wiązania atomów sieci roztworu stałego, a więc podwyższające temperaturę topnienia i rekrystalizacji, do których należą Mo, W, V, Co, a także Ti, Cr i Si. Żarowytrzymałość jest ponadto zwiększana w wyniku umocnienia zgniotowego oraz utwardzania wydzieleniowego.

Stale zaworowe

Szczególną grupę stali żarowytrzymałych, używanych na zawory w silnikach spalinowych, stanowią stale zaworowe. Charakteryzują się one dużą odpornością na korozję w atmosferze spalin, w temperaturze do ok. 750°C. Odporność tę zapewniają głównie dodatki Si i Cr, stąd nazwa tych stali – silchromy. Dużą twardość i odporność na ścieranie zapewnia im stosunkowo duże stężenie węgla – 0,4÷0,6%.

Stale chromowo–krzemowe o strukturze martenzytycznej (w stanie wyżarzonym perlitycznej) poddaje się hartowaniu z temperatury 1000÷1080°C i odpuszczaniu w temperaturze 720÷820°C z chłodzeniem w powietrzu lub wodzie

Stale o strukturze austenitycznej poddaje się przesycaniu z temperatury 1140÷1200°C, z chłodzeniem w wodzie, i starzeniu w temperaturze 760÷830°C

Stale i stopy oporowe

Oddzielną grupę stopów żaroodpornych o szczególnych własnościach elektrycznych stanowią stopy oporowe, przeznaczone na elementy grzejne pieców i innych urządzeń nagrzewających do obróbki cieplnej. Stale i stopy oporowe są produkowane w postaci drutów i taśm. Materiały te charakteryzują się następującymi własnościami:
- dużą opornością właściwą,
- małym temperaturowym współczynnikiem oporności,
- małym temperaturowym współczynnikiem rozszerzalności,
- małą przewodnością cieplną,
- wysokimi własnościami mechanicznymi w temperaturze pokojowej,
- dużą odpornością na pełzanie w wysokiej temperaturze,
- dużą odpornością na korozję gazową.

Odporność na pełzanie i odporność korozyjna decydują przede wszystkim o trwałości elementów grzejnych.

7. Stopy miedzi

Miedź ma liczbę atomową równą 29. W związkach chemicznych miedź jest jedno- lub dwuwartościowa. Miedź nie wykazuje odmian alotropowych i krystalizuje w sieci ściennie centrowanej układu regularnego A1. Temperatura topnienia miedzi wynosi 1084,88°C, a wrzenia ok. 2595°C. Miedź ma gęstość 8,93 g/cm3 w 20°C. Wytrzymałość miedzi na rozciąganie wynosi
R m = 200÷250 MPa, granica plastyczności Re = 35 MPa, twardość 45 HB, a wydłużenie A = 30÷35%. Miedź cechuje duża przewodność cieplna – 411 W/(m⋅K) i elektryczna – 59,77 MS/m.

Stopy miedzi z cynkiem, jako głównym pierwiastkiem stopowym, są nazywane mosiądzami.

Mosiądze jednofazowe cechuje bardzo duża plastyczność, co umożliwia stosowanie ich na produkty głęboko tłoczone i obrabiane plastycznie na zimno. Duża plastyczność w podwyższonej temperaturze umożliwia ich obróbkę plastyczną na gorąco. Mosiądze zawierające 5 do 20% Zn są nazywane tradycyjnie tombakami.

Odcynkowanie zachodzi w mosiądzach dwufazowych oraz jednofazowych o stężeniu Zn przekraczającym 20% zanurzonych w elektrolitach zawierających Cl.

Pękanie sezonowe jest międzykrystaliczną korozją naprężeniową mosiądzów jednolub dwufazowych, obrobionych plastycznie na zimno i poddanych działaniu ośrodka zawierającego amoniak. Temu rodzajowi korozji można zapobiegać przez wyżarzanie odprężające w temperaturze 200÷300°C.

Własności mosiądzów dwuskładnikowych są polepszane przez wprowadzenie dalszych dodatków stopowych. Należą do nich Si, Al, Sn, Pb, Fe, Mn, Ni i As, dodawane pojedynczo lub w różnych zestawieniach, zwykle o łącznym stężeniu nieprzekraczającym 4%.

Miedzionikle stopy te, których głównym dodatkiem jest Ni o stężeniu do 40%, zawierają także 1÷2% Si, Al, Fe lub Mn. Nikiel powoduje podwyższenie własności mechanicznych, odporności na korozję, rezystywności oraz siły termoelektrycznej miedzionikli.

8. Stale stopowe sprężynowe

Sprężyny i resory są wykonywane najczęściej ze stali sprężynowych. Materiał stosowany na elementy sprężyste powinien cechować się bardzo dobrymi własno- ściami sprężystymi, tzn. wysoką granicą sprężystości R sp oraz dużą wartością stosunków tej wielkości do granicy plastyczności Re lub Rp0,2 i wytrzymałości na rozciąganie R m. Pożądana jest duża wytrzymałość na zmęczenie przy ograniczonych wymaganiach dotyczących własności plastycznych.

Stale sprężynowe zawierają ok. 0,5 ÷1,25%, od którego przede wszystkim zależą własności wytrzymałościowe i granica sprężystości. Obróbka cieplna sprężyn i resorów 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

PRZESYCANIE

Przesycanie polega na nagrzaniu stopu do temperatury wyższej o ok. 30÷50°C od granicznej rozpuszczalności w celu rozpuszczenia wydzielanego składnika (w stalach najczęściej cementytu trzeciorzędowego) w roztworze stałym, wygrzaniu w tej temperaturze i następnie szybkim chłodzeniu. W wyniku przesycania stop uzyskuje strukturę jednofazową.

STARZENIE

Starzenie polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temperatury niższej od granicznej rozpuszczalności, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu. W czasie starzenia następuje wydzielanie w przesyconym roztworze stałym składnika znajdującego się w nadmiarze, w postaci faz o wysokiej dyspersji.