Rola pierwiastków stopowych w stopach żelaza:

Dodatki stopowe w stopach żelaza:
Dodatkami stopowymi ??????????????????????????????????????????????????

Do najczęściej stosowanych pierwiastków stopowych należą:
-Mn, Si, Cr, Ni, W, Mo, V
-bardzo często dodawane są Al., Co, Cu, Ti, Nb
-coraz częściej – jako pierwiastki stopowe – są stosowane N, B, a nawet P i S


Celowość wprowadzania pierwiastków stopowych:

Dodatki stopowe są wprowadzane do stali w celu:
-spowodowania określonych zmian strukturalnych
-zwiększenia własności wytrzymałościowych i polepszenie niektórych własności chemicznych lub fizycznych
-zwiększenia hartowności
-polepszenia efektywności i ułatwienia obróbki cieplnej


Zmiany właściwości:

Wpływ pierwiastków na takie własności jak:
Twardość: -zwiększenie Si, Mn (w stalach perlitycznych), Cr, W, Ni, V, Mo
-zmniejszenie Mn (w stalach austenitycznych)

Wytrzymałość na rozciąganie: -zwiększenie przez większość pierwiastków stopowych

Granica plastyczności: -zwiększenie Si, Cr, Cu, Mn, N, W, Mo, Co
-zmniejszenie Mn, Ni (w stalach austenitycznych)

Udarność: -zwiększenie Ni, V, Mo
-zmniejszenie P, S, Si, Cr

Żarowytrzymałość: -zwiększenie Cr, ni, W, V, Co, Mo, Cu, Si

Pierwiastki stopowe:
Składniki stopowe mogą oddziaływać na własności stali w sposób bezpośredni lub pośredni:
-np. obecność niklu w stali, który jest składnikiem o większej wytrzymałości powoduje bezpośrednio wzrost własności stali.
-Z kolei inne składniki jak np. chrom zmieniają własności stali w sposób pośredni, zwiększając m. In. Hartowność stali.
-Oddziaływanie tego czy innego składnika stopowego zależy przede wszystkim od postaci w jakiej on ?????????????????????????????????????????????????????????????????????

Pierwiastki stopowe występują w różnej postaci. Możliwości są następujące:
-w roztworach stałych (ferryt, austenit)
-w związkach z C i N – węgliki (węgliki, azotki i węglikoazotki)
-w związkach międzymetalicznych z żelazem i pomiędzy ????????????????????????/
-w postaci wtrąceń niemetalicznych
-w postaci wolnej /Pb/


Pierwiastki rozpuszczone w roztworze stałym:
Austenitotwórcze – Co, Mn, Ni :
-w stopach żelaza powodują rozszerzenie obszaru występowania roztworu stałego γ.
-przy odpowiednio dużych stężeniach tych pierwiastków jednofazowa struktura austenityczna występuje w całym zakresie ???????????????????

Ferrytotwórcze – np. Cr, V, Si, Ti, Mo, W, Al.:
-ograniczają w stopach żelaza obszar występowania roztworu stałego γ.
-przy określonych stężeniach w całym zakresie od temperatury ??????????

Pozostałem pierwiastki, do których poza C, należą między innymi N i Cu powodują występowanie fazy γ w wysokiej temperaturze oraz fazy α w temperaturze niskiej powodują występowanie przemiany eutektoidalnej.


Pierwiastki stopowe w węglikach, azotkach i innych związkach:
Pierwiastki przejściowe cechujące się dużym powinowactwem chemicznym do węgla, azotu szczególnie Cr, W, Mo, V, Ti, Nb oraz Fe, tworzą w stalach fazy międzywęzłowe, węgliki, azotki o strukturach:
-złożonych M₃C, M₂₃C₆, M₇C₃, M₆C
-prostych Mc, M₂C

Fazy międzymetaliczne w stalach i stopniach żelaza:
W stalach i stopach żelaza o wysokiej wytrzymałoś, żarowytrzymałości, odporności na korozję, występują liczne fazy międzymetaliczne.

Fazy o sieci gęsto wypełnionej atomami:
-Fe₂Ti
-μ
-σ
-ᵡ
-γ


Struktura stali stopowych:
Pierwiastki Austenitotwórcze takie jak Mn, Ni, Co dodane w niewielkiej ilości w zależności od stężenia węgla zapewniają strukturę:
-podeutektoidalną
-eutektoidalną
-nadeutektoidalną
Zwiększanie stężenia pierwiastka z tej grupy powoduje wystąpienie struktury półaustenitycznej. Duże stężenie zapewnia strukturę austenityczną, a przy jednoczesnej dużej zawartości węgla – ledeburytyczną. Przy małym stężeniu pierwiastków ferrytotwórczych tj. Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mo, W stale wykazują strukturę:
-podeutektoidalną
-eutektoidalną
-nadeutektoidalną
Przy większych stężeniach półferrytyczną lub ferrytyczną. Przy dużych stężeniach węgla – ledeburytyczną.


Wpływa pierwiastków stopowych na przemiany alotropowe żelaza:

Temperatura	Wpływ	Pierwiastek
A3	Rośnie	B, O, Al, Si, P, S, Ti, Zr, Nb, Mo, W, V, C,
	Maleje	Cr, Mn, Ni, C, N, Cu
A4	Rośnie	Co, Mn, C, N, Cu
	Maleje	B, O, Al, Si, P, S, Ti, Zr, Nb, Mo, W, Cr, V

Wpływ pierwiastków stopowych na przemiany przechładzanego austenitu:
-Pierwiastki stopowe rozpuszczone w austenicie, w zależności od stopnia ujednorodnienia oraz wielkości ziarna tej fazy w decydującym stopniu wpływają na przemiany austenitu przechłodzonego
-pierwiastki nie tworzące węglików wpływają na przemiany austenitu przechładzanego jedynie pod względem ilościowym.



Oddziaływanie pierwiastków:
Niemal wszystkie pierwiastki stopowe rozpuszczone w roztworach stałych w sposób znaczący decydują o przebiegu przemian strukturalnych zachodzących podczas obróbki cieplnej. W szczególności wpływ ten dotyczy:
-procesu tworzenia i ujednorodnienia austenitu w czasie nagrzewania stali
-kinetyki przemian tej fazy podczas chłodzenia oraz związanej z tym hartowności stali
Do pierwiastków aktywnie zwiększających hartowność stali, należy zaliczyć wszystkie pierwiastki węglikotwórcze oraz, Ni, S, Al. I Cu. Pierwiastki stopowe powodują zmniejszenie krytycznej szybkości chłodzenia.


Hartowność:
Hartowność – zdolność do utwardzenia w głąb materiału w wyniku oziębienia.
Dla stali – zdolność do tworzenia struktury martenzytycznej podczas oziębienia
Większa hartowność stali stopowych umożliwia stosowanie w czasie hartowania powolniejszego chłodzenia np. w oleju lub w powietrzu co sprzyja zmniejszaniu naprężeń hartowniczych.


Oddziaływanie pierwiastków:
-przeciwdziałają rozrostowi ziarna austenitu w wysokiej temperaturze. W tym względzie pożądane efekty uzyskujemy w obecności wszystkich pierwiastków za wyjątkiem manganu. Szczególnie korzystnie w tym względzie przedstawia się oddziaływanie pierwiastków tworzących drobnodyspersyjne węgliki lub azotki.
-opóźniają procesy odpuszczania martenzytu. Korzystniejszy zespół własności stali z racji stosowania wyższej temperatury odpuszczania w porównaniu z stalami węglowymi. W niektórych stalach zawierających Cr, Mo, W, V w stosunkowo dużych ilościach obserwuje się zjawisko tzw. Twardości wtórnej.


Temperatura Ms:
Ms(stopnie Celsjusza) = 539-42,3(% C) – 30,4(% Mn) – 17,7(% Ni) – 12,1(% Cr) – 7,5(% Mo)

Zależność między mikrostrukturą i własnościami:
Własności stali zależą od składu chemicznego, procesu wytwarzania i mikrostruktury. Wzrost własności możliwy jest poprzez oddziaływanie:
-Umocnienia roztworowego
-Umocnienia odkształceniowego
-Umocnienia cząstkami innej fazy
-Umocnienia przez rozdrobnienie ziarna