Żeliwo - stop odlewniczy żelaza z węglem zawierający 2-4% węgla (w postaci cementytu lub grafitu). W żeliwie pojawiają się również inne pierwiastki stopowe tj. krzem, mangan, fosfor, siarka i inne, które polepszenia własności wytrzymałościowe. Żeliwo charakteryzuje się niską temperaturą topnienia oraz niskim kosztem produkcji, a po zastygnięciu cechuje się dużą wytrzymałością i obrabialnością co sprawia że żeliwo zalicza się do najpowszechniej stosowanych materiałów odlewniczych w budowie maszyn.
Żeliwo dzieli się na stopowe oraz niestopowe.
W zależności od postaci, w jakiej występuje węgiel, rozróżnia się żeliwa:
szare
białe
połowiczne
Żeliwo szare - to żeliwo, w którym część węgla występuje pod postacią wolną, czyli grafitu. Uznawane za żeliwo wyższej jakości, jest bardziej ciągliwe, łatwiej obrabialne, charakteryzuje się dobrą lejnością i posiada mniejszy skurcz odlewniczy - (rzędu 1,0%), niż żeliwo białe. Cechuje się struktury osnowy: ferrytyczną, ferrytyczno-perlityczną oraz perlityczną. Żeliwa szare niestopowe dzielimy na szare: zwykłe, modyfikowane oraz sferoidalne.
Żeliwa szare zwykłe - posiada osnowę ferrytyczną. Charakteryzuje się niską wytrzymałością, słabą odpornością na zużycie ścierne oraz dobrą skrawalnością. Twardość i wytrzymałość żeliwa szarego zwiększa się w miarę zwiększania udziału perlitu w strukturze.
Zalety:
dobra obrabialność
lejność oraz skrawalność
bardzo dobre własności odlewnicze
niski koszt wytwarzania
Wady:
stosunkowo niewielka wytrzymałość
niewielka plastyczność
mała odporność na ścieranie oraz na korozję w ośrodkach chemicznych
Żeliwa szare modyfikowane - Modyfikowanie jest podstawowym zabiegiem w procesie wytwarzania wysokojakościowego żeliwa szarego. Żeliwo modyfikowane, podobnie jak żeliwo szare zwykłe, wykazuje bardzo niskie własności plastyczne. Najkorzystniejsze własności ma żeliwo modyfikowane o osnowie perlitycznej.
Żeliwa szare sferoidalne - Żeliwo sferoidalne w odróżnieniu od pozostałych grup żeliw szarych posiada bardzo dobre własności wytrzymałościowe i plastyczne oraz przejawia znacznie mniejszą skłonność od koncentracji naprężeń, dzięki kulistej postaci grafitu.
Zalety:
bardzo dobre własności wytrzymałościowe i plastyczne
mniejsza skłonność do koncentracji naprężeń
dobra lejność (lepsza od żeliwa szarego)
duża odporność wytrzymałość zmęczeniowa i odporność na wysokie ciśnienia
Wady:
duża skłonność do powstawania naprężeń własnych i jam skurczowych w odlewach
mała przewodność cieplna
duży koszt produkcji
Żeliwo białe - jest żeliwem nie zawierającym grafitu, w którym cały węgiel występuje w postaci związanej. Struktura żeliwa białego stanowi ledeburyt przemieniony, cementyt pierwotny oraz perlit. Ze względu na bardzo dużą kruchość i złą skrawalność żeliwa białe nie znalazły bezpośredniego zastosowania, chociaż stanowią produkt do wytwarzania żeliw ciągliwych.
Żeliwo połowiczne - W żeliwie połowicznym węgiel występuje zarówno w formie związanej - jako cementyt pierwotny w ledeburycie, jak i w postaci wolnej jako grafit. Żeliwo połowiczne posiada najczęściej strukturę złożoną z grafitu, perlitu i ledeburytu przemienionego. Strukturę żeliwa połowicznego można spotkać w odlewach z żeliwa szarego zabielonych powierzchniowo w celu zwiększenia odporności powierzchni odlewu na ścieranie. Struktura żeliwa połowicznego występuje wtedy w warstwie przejściowej pomiędzy powierzchnią o strukturze żeliwa białego, a rdzeniem o strukturze żeliwa szarego. Twardość żeliwa połowicznego waha się w granicach od ok. 240 HB do ok.400 HB.
Żeliwa stopowe - są stosowane tylko na odlewy bardziej odpowiedzialne, pracujące w specjalnie ciężkich warunkach . Od żeliw stopowych wymaga się własności specjalnych takich jak: odporność na korozję, odporność na wysoką temperaturę, odporność na ścieranie, zwiększenie własności mechanicznych, polepszenie własności fizycznych np. magnetycznych lub elektrycznych. Wyróżniamy żeliwa stopowe: aluminiowe; chromowe; krzemowe; manganowe; miedziowe; molibdenowe; niklowe; tytanowe; wanadowe oraz ich połączenia.
Stal - stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, plastycznie i cieplnie obrabialny o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11%. Jest to graniczna, możliwa ilość węgla, która jest w stanie rozpuścić się w żelazie. Stal wykorzystywana jest do produkcji wielu produktów i półproduktów powszechnego użycia.
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 dzielimy na:
niestopowe - Na własności stali niestopowych (węglowych) najistotniejszy wpływ wywiera węgiel, który decyduje o własnościach mechanicznych. Pozostałe pierwiastki znajdujące się w tych stalach pochodzą z przerobu hutniczego lub są zanieczyszczeniami. Zawartość określonych pierwiastków w stalach niestopowych jest mniejsza od wartości granicznych.
stopowe - Stalami stopowymi nazywa się stale, do których celowo wprowadza się pierwiastki stopowe, aby nadać im wymagane własności. Stężenie co najmniej jednego z pierwiastków musi być równe lub większe od wartości granicznych.
Stale stopowe dzielimy na poszczególne grupy:
Niskostopowe - stężenie jednego pierwiastka (oprócz węgla) nie przekracza 2%, a suma pierwiastków łącznie nie przekracza 3,5%
Średniostopowe - stężenie jednego pierwiastka (oprócz węgla) przekracza 2%, lecz nie przekracza 8% lub suma pierwiastków łącznie nie przekracza 12%
Wysokostopowe - stężenie jednego pierwiastka przekracza 8% a suma pierwiastków łącznie nie przekracza 55%.
Stale niestopowe ze względu na klasy jakości dzielimy na:
Jakościowe - wszystkie, które nie zaliczają się do stali specjalnych.
Specjalne - charakteryzują sie większą czystością stopu oraz mniejszym udziałem wtrąceń niemetalicznych. Stopy specjalne muszą spełnić jeden lub więcej z podanych warunków:
- wymagana praca łamania w stanie ulepszonym cieplnie,
- wymagana głębokość utwardzania powierzchniowego lub twardość powierzchni po hartowaniu,
- niski udział wtrąceń niemetalicznych,
- max. stężenie fosforu i siarki ≤ 0,020%,
-min. praca łamania w -50°C: KV ≥ 27 J określona na próbkach wzdłużnych lub ≥ 16 J na próbkach poprzecznych,
- przewodność elektryczna właściwa > 9 S·m/mm2.
Ze względu na klasy jakości stale stopowe dzielimy na:
Stale stopowe jakościowe - wszystkie, które nie zaliczają się do stali stopowych specjalnych. Mają takie same kryteria klasyfikacji jak stale niestopowe jakościowe. Wyróżnia się następujące grupy: stale konstrukcyjne spawalne, stale stopowe na szyny, grodzice, kształtowniki na obudowy górnicze, stale stopowe na produkty płaskie walcowane na zimno lub na gorąco przeznaczone do dalszej obróbki plastycznej na zimno, stale elektrotechniczne, stale stopowe z miedzią.
Stale stopowe specjalne - obejmują one wszystkie gatunki stali, które nie zostały ujęte w klasie stali nierdzewnych oraz stopach jakościowych. Stale stopowe specjalne dzielą się na podklasy: stale maszynowe, stale na urządzenia ciśnieniowe, stale konstrukcyjne, stale szybkotnące, stale narzędziowe stopowe, stale na łożyska toczne, stale o szczególnych własnościach fizycznych.
Stale stopowe nierdzewne - do klasy stali nierdzewnych należą stale zawierające co najmniej 10,5% Cr oraz co najwyżej 1,2% C.
Stale nierdzewne dzielone są na:
Stale odporne na korozję,
Stale żaroodporne,
Stale odporne na pełzanie ( żarowytrzymałe)