| WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI P.W. |
|---|
| INSTYTUT TECHNIK WYTWARZANIA |
| LABORATORIUM MATERIAŁÓW METALOWYCH I CERAMICZNYCH |
| Nazwisko i imię: Dorota Grudzień |
| Temat ćwiczenia: Struktura i własności stali specjalnych |
Prowadzący: Jerzy Jakubowski |
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze strukturą wybranych stali specjalnych.
Wprowadzenie:
Stale stopowe specjalne
Są to stale, które charakteryzują się precyzyjnie określonym składem chemicznym i szczególnymi warunkami wytwarzania oraz kontrolą procesu w celu zapewnienia podwyższonych własności, które często są wymagane w różnych kombinacjach i w zawężonych granicach.
W grupie stali stopowych specjalnych są stale odporne na korozję o zawartości C ≤ 1,2% i Cr ≥ 10,5%, które pod względem zawartości niklu dzieli się na stale o Ni ≤ 2,5% i stale o Ni ≥ 2,5%.
Stale nierdzewne . odporne na korozję atmosferyczną, produktów spożywczych, roztworów kwasu azotowego. Zawierają powyżej 12% Cr. W zależności od ilości chromu i węgla mogą posiadać strukturę ferrytyczną, ferrytyczno - martenzytyczną lub martenzytyczną.
Stale kwasoodporne . odporne na działanie licznych środowisk agresywnych w tym także wielu kwasów. Zawierają zawsze Ni a oprócz chromu, również mogą zawierać mangan, molibden, tytan.
Typowe stale 18-8 przy małej zawartości węgla 18% chromu i 8% Ni posiadają strukturę austenityczną.
Struktura stali kwasoodpornych . austenityczna bądź ferrytyczno . austenityczna.
Stale żaroodporne . odporne na korozję w środowiskach gorących gazów o temperaturze powyżej 550°C. Głównymi składnikami stopowymi stali są: chrom, krzem, aluminium, nikiel.
Stale te posiadają strukturę ferrytyczną lub (z Ni) ferrytyczno . austenityczną.
Stale żarowytrzymałe . to stale żaroodporne, a dodatkowo w warunkach korozyjnych, pod obciążeniem nie wykazują odkształceń, czyli odporne na pełzanie. Oprócz dodatków stopowych podwyższających żaroodporność (Cr, Si, Al.) wprowadzono dodatki stopowe (Ni, Mn, Zn, Cu) w celu uzyskania struktury austenitycznej. Dalszy wzrost żarowytrzymałości i wytrzymałości na pełzanie zapewniają pierwiastki Mo, W, V, które w austenitycznej osnowie tworzą węgliki stopowe o dużym stopniu dyspersji. Zawartość węgla w tych stalach nie przekracza 0,2%.
Stale zaworowe . to stale żarowytrzymałe przeznaczone na zawory wydechowe silników spalinowych.
W zależności od składu chemicznego struktura tych stali jest ferrytyczna, bądź austenityczna z wydzieleniami węglików
Przebieg ćwiczenia:
H25T
Próbka obserwowana w powiększeniu 400 razy ma strukturę ferrytyczną. W próbce widoczna jest duża ilość węglików. Wynika to z tego, że nie była trawiona.
Zaworowa Z1
Próbka posiada strukturę austenityczną. Widoczne są również wydzielenia węglików. Stal jest odporna na wysokie temperatury dzięki strukturze austenitycznej. Próbka była umacniana węglem, świadczą o tym wydzielenia węglików. Powiększenie 400 razy.
H18N9T z korozją naprężeniową
Próbkę obserwujemy w powiększeniu 400 razy. Posiada ona strukturę austenityczną.
2205 (Duplex)
Jest to stal o strukturze austenityczno- ferrytycznej. Próbka ma ułożenie dwupasmowe. Dzięki temu posiada większą twardość i wytrzymałość w porównaniu do innych stali antykorozyjnych. Powiększenie 400 razy.
Obliczenia:
Równoważnik niklu - Ni = %Ni + %Co + 0,5(%Mn) + 30(%C) + 25(%N) + 0.3(%Cu)
Równoważnik chromu - Cr = %Cr + 2(%Si) + 1,5(%Mo) + 5(%V) + 5,5(%Al) + 1,75(%Nb) + 1,5(%Ti) + 0,75(%W)
| stal | C | Si | Mn | P | S | N | Cr | Mo | Ni | inne |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H25T | 0,2 | 1,0 | 1,0 | 0,045 | 0,015 | 0,25 | 29 | Al. 1,2 | ||
| OH22N24M4TCu | 0,02 | 0,7 | 2,0 | 0,03 | 0,01 | 0,15 | 21 | 5 | 26 | Cu 2 |
| 00H18N10 | 0,03 | 1,0 | 2,0 | 0,045 | 0,015 | 0,011 | 20 | 12 | ||
| H18N9S | 0,2 | 2,0 | 2,0 | 0,045 | 0,03 | 20 | 11 |
H25T
Ni= %Ni + %Co + 0,5(%Mn) + 30(%C) + 25(%N) + 0.3(%Cu)
Ni= 0% +0 + 0,5(1) + 30(0,2) + 25(0,25) + 0.3(0)= 13,25
Cr = %Cr + 2(%Si) + 1,5(%Mo) + 5(%V) + 5,5(%Al) + 1,75(%Nb) + 1,5(%Ti) + 0,75(%W)
Cr= 29 + 2(1) + 1,5(0) + 5(0) + 5,5(1,2) + 1,75(0) + 1,5(0) + 0,75(0)= 37,6
0H22N24M4TCu
Ni = %Ni + %Co + 0,5(%Mn) + 30(%C) + 25(%N) + 0.3(%Cu)
Ni= 26 + 0 + 0,5(2) + 30(0,02) + 25(0,15) + 0.3(2)= 31.95
Cr = %Cr + 2(%Si) + 1,5(%Mo) + 5(%V) + 5,5(%Al) + 1,75(%Nb) + 1,5(%Ti) + 0,75(%W)
Cr = 21 + 2(0) + 1,5(5) + 5(0) + 5,5(0) + 1,75(0) + 1,5(0) + 0,75(0)= 28,5
00H18N10
Ni = %Ni + %Co + 0,5(%Mn) + 30(%C) + 25(%N) + 0.3(%Cu)
Ni = 12 + 0 + 0,5(2) + 30(0,03) + 25(0,011) + 0.3(0)= 14,175
Cr = %Cr + 2(%Si) + 1,5(%Mo) + 5(%V) + 5,5(%Al) + 1,75(%Nb) + 1,5(%Ti) + 0,75(%W)
Cr = 20 + 2(1) + 1,5(0) + 5(0) + 5,5(0) + 1,75(0) + 1,5(0) + 0,75(0)= 22
H18N9S
Ni = %Ni + %Co + 0,5(%Mn) + 30(%C) + 25(%N) + 0.3(%Cu)
Ni = 11 + 0 + 0,5(2) + 30(0,2) + 25(0) + 0.3(0)= 18
Cr = %Cr + 2(%Si) + 1,5(%Mo) + 5(%V) + 5,5(%Al) + 1,75(%Nb) + 1,5(%Ti) + 0,75(%W)
Cr = 20 + 2(2) + 1,5(0) + 5(0) + 5,5(0) + 1,75(0) + 1,5(0) + 0,75(0)= 24
Wnioski:
Stale specjalne mają różne składy chemiczne, dlatego różnią się właściwościami. Na przykład stale austenityczne mają dobre właściwości mechaniczne a stale ferrytyczne mają dużą odporność na korozję. Właściwości stali specjalnych są różne, ponieważ różna jest struktura. Stale specjalne charakteryzują się szerokim zastosowaniem np. do budowy maszyn.