Co to są stale stopowe?
Jaki jest cel stosowania stali stopowych?
Klasyfikacja stali stopowych wg zastosowania.
Klasyfikacja stali wg struktury.
W jakich fazach stali występują pierwiastki stopowe?
Wpływ pierwiastków stopowych na zakres występowania austenitu.
Wpływ pierwiastków stopowych na rozrost ziarna austenitu.
Wpływ pierwiastków stopowych na kinetykę przemian przechłodzonego austenitu i hartowność.
Wpływ pierwiastków stopowych na przemianę martenzytyczną i proces odpuszczania.
Co to jest twardość wtórna i od czego zależy?
Węgliki i azotki w stalach stopowych.
Wtrącenia niemetaliczne i ich wpływ na własności stali.
Własność i zastosowanie stali konstrukcyjnych.
Podział stali konstrukcyjnych.
Podaj charakterystykę stali konstrukcyjnych do ulepszania, do nawęglania i azotowania, do hartowania powierzchniowego, sprężynowych i łożyskowych, do pracy w podwyższonych i obniżonych temperaturach.
Co to są stale mikroskopowe - ich zastosowania.
Wymagania stawiane stalom narzędziowym.
Podział stali narzędziowych.
Własność i zastosowanie stali narzędziowych do pracy na zimno.
Własności i zastosowanie stali narzędziowych do pracy na gorąco.
Co to są stale szybkotnące.
Obróbka cieplna stali szybkotnących.
Metody wytwarzania narzędzi ze stali szybkotnących (zalety i wady).
Węgliki spiekane i stellity.
Stale nierdzewne (kwasoodporne) ferrytyczne i ich zastosowanie.
Wymień pierwiastki stopowe wchodzące w skład stali ferrytycznych i martenzytycznych.
Stale nierdzewne i kwasoodporne austenityczne i ich zastosowanie.
Drogi zapobiegania korozji międzykrystalicznej stali nierdzewnych.
Stale żaroodporne i żarowytrzymałe.
Stale żarowytrzymałe. Żarowytrzymałością jest nazywana odporność stopu na odkształcenia, z czym wiąże się zdolność do wytrzymywania obciążeń mechanicznych w wysokiej temperaturze - powyżej 600°C. Żarowytrzymałość w temperaturze wyższej od 600°C jest uzależniona głównie od odporności na pełzanie. Dużą żarowytrzymałość wykazują stale o strukturze austenitycznej - ze względu na mniejsze współczynniki dyfuzji niż w ferrycie, o znacznej wielkości ziarn i z dyspersyjnymi wydzieleniami faz, głównie na granicach ziarn. 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 dyspersyjnego. Natomiast obniżenie żarowytrzymałości następuje wskutek poligonizacji i rekrystalizacji stali uprzednio odkształconej plastycznie na zimno oraz koagulacji wydzieleń faz. Stężenie węgla w tych stalach - ze względu na zapewnienie odpowiedniej spawalności - jest ograniczone do ok. 0,2%. Przykłady stali: H18N9S, H23N18
Stale zaworowe.
Szczególną grupę stali żarowytrzymałych, używanych na zawory w slnikach spalinowych, stanowią stale zaworowe. Charakteryzują się one dużą odpornością na korozję w atmosferze spalin, w temperaturze do ok. 750°C. Odporność tę zapewniają główne 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%. Ponieważ stale o strukturze austenitycznej wykazują większą wytrzymałość w wysokiej temperaturze, niż stale o strukturze perlitycznej, niektóre gatunki mają duże stężenie Cr i Ni. Częściowo Ni może być zastępowany tańszym Mn, również austenitotwórczym. Dodatki W i Mo powodują zwiększenie żarowytrzymałości i rozdrobnienie ziarn. W stalach o strukturze perlitycznej dodatki te powodują zwiększenie odporności na odpuszczanie i przeciwdziałają kruchości odpuszczania. Stale krzemowo-chromowe o strukturze perlitycznej poddaje się hartowaniu z temperatury 1010-1060°C i odpuszczaniu w temperaturze 700-790°C z chłodzeniem w wodzie, co zapobiega kruchości odpuszczania. Strukturę stali obrobionej cieplnie stanowi martenzyt wysokoodpuszczony. Stale o strukturze austenitycznej poddaje się przesycaniu z temperatury 1050-1170°C, z chłodzeniem w wodzie, i starzeniu w temperaturze 700-750°C. W wyniku tej obróbki otrzymuje się strukturę austenitu z dyspersyjnymi wydzieleniami węglików M6C i M23C6 oraz węglikoazotków. Przykłady stali: H9S2, 4H14N14W2M.
Stale odporne na ścieranie.
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 mikrobliź-niaków. Twardość stali wynosi wówczas ok. 500 HB. Zastosowanie: 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.
Aluminium - jego własności i zastosowanie.
Aluminium - krystalizuje w sieci A1, cechuje się dużą plastycznością. Temperatura topnienia 660oC, temp wrzenia 2060 oC. Gęstość 2,7 Mg/m3. Charakteryzuje się dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym (gorszym niż miedź). Zastosowanie na przewody elektryczne. Aluminium jest bardzo plastyczna również na zimno.
Miedź i jego stopy.
Miedź. Krystalizuje w sieci A1 (RSC). Nie posiada odmian alotropowych. Temp topnienia 1085 oC, gęstość 8.93Mg/m3. Czysta miedz ma bardzo dobrą przewodność cieplną wyrabia się z niej wymienniki ciepła i krystalizatory. Miedź jest bardzo plastyczne, także na zimno. Plastyczność odbijają domieszki. Zastosowanie: w budownictwie (rury wodociągowe, CO).
Stopy miedzi dzieli się na: a)odlewnicze; b)przeznaczone do obróbki plastycznej. Wyróżnia się następujące grupy stopów miedzi: a)z cynkiem (mosiądze), b)z cynkiem i ołowiem, c)z cynkiem i niklem, d)z niklem(miedzionikle), e)z cyną (brązy), f)z aluminium, g)z innymi pierwiastkami stopowymi, których łączne stężenie przekracza 5%, h)niskostopowe, w których stężenie pierwiastków stopowych jest mniejsze niż 5%.
Co to są mosiądze?
Mosiądzami nazywamy stopy miedzi i cynku (Cu-Zn) jako główny pierwiastek stopowym. Dzielimy na jedno oraz dwufazowe
Rodzaje mosiądzów, ich własności i zastosowanie.
Mosiądze dwuskładnikowe jako stopy Cu i Zn - ze względu na skład fazowy dzieli się na: 1) jednofazowe - o strukturze roztworu α i stężeniu od 2 do 39% Zn, 2) dwufazowe - o strukturze mieszaniny α+β i stężeniu od 39 do 45% Zn. Mosiądze jednofazowe cechuje b. duża plastyczność, co umożliwia stosowanie ich na wyroby głęboko tłoczone i obrabiane plastycznie na zimno. Duża plastyczność w podwyższonej temperaturze umożliwia ich obróbkę plastyczną na gorąco. Dodatek Zn do 30% zwiększa plastyczność oraz wytrzymałość mosiądzu. Wytrzymałość mosiądzów zawierających ok. 30 do 45% Zn zwiększa się przy znacznym zmniejszeniu plastyczności. Mosiądze w znacznym stopniu umacniają się w wyniku zgniotu. W zależności od stopnia gniotu mogą być dostarczane w różnym stanie. Przy większych stopniach gniotu jest stosowane międzyoperacyjne wyżarzanie rekrystalizujące mosiądzów w temperaturze 500-580°C. Mosiądze charakteryzują się dobrą odpornością na korozję, szczególnie atmosferyczną i w wodzie morskiej. Odporność mosiądzów na korozję zwiększa się wraz ze wzrostem stężenia Cu. Najczęściej spotykanymi rodzajami korozji mosiądzów jest odcynkowanie oraz korozja naprężeniowa, zwana pękaniem sezonowym mosiądzów. Odcynkowanie zachodzi w mosiądzach dwufazowych o stężeniu Zn przekraczającym 20% zanurzonych w elektrolitach zawierających Cl. W elektrolitach takich Cu oraz Zn przechodza do roztworu, z którego Cu wytrąca się w postaci gąbczastej, co wzmaga korozję. Odcynkowanie nie powoduje zmian kształtu korodującego przedmiotu, lecz wpływa na znaczne obniżenie własności wytrzymałościowych mosiądzu.
Pękanie sezonowe jest międzykrystaliczną korozją naprężeniową mosiądzów jedno- lub 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 nie przekraczającym 4%. Dodatki te z wyjątkiem niklu rozpuszczają się w roztworze stałym i zmieniają strukturę mosiądzu podobnie jak cynk. Dodawane pierwiastki stopowe powodują zwiększenie wytrzymałości i odporności mosiądzów na korozję. Wieloskładnikowe mosiądze odlewnicze zwykle cechuje dobra odporność na korozję i ścieranie oraz dobre własności wytrzymałościowe przy obciążeniach statycznych. Stosuje się je głównie na armaturę, osprzęt, łożyska, śruby okrętowe i elementy maszyn.
Co to są brązy?
Brązami nazywamy stopy miedzi i cyny (Cu-Sn) jako główny pierwiastek stopowy.
Brązy cynowe, ich struktura, własności i zastosowanie.
Techniczne stopy Cu z Sn mają zazwyczaj strukturę roztworu α. Duży zakres temperatury krystalizacji brązów o strukturze α sprzyja jednak ich skłonności do segregacji. Z tego powodu w stopach chłodzonych w warunkach rzeczywistych, nawet przy niewielkim stężeniu Sn, oprócz niejednorodnej fazy α tworzą się fazy, które w warunkach równowagi występują przy większym stężeniu Sn. Segragacja może być w pewnym stopniu usunięta przez długotrwałe wyżarzanie ujednorodniające w ciągu 24 h w temperaturze 700-750°C. Brązy cynowe wykazują dobrą odporność na korozję, szczególnie w środowisku atmosfery przemysłowej i wody morskiej. Odporność ta ulega polepszeniu wraz ze zwiększeniem stężenia Sn, lecz do wartości nie większej od zapewniającej wystąpienie struktury dwufazowej, decydującej o ułatwieniu korozji. Brązy cynowe o strukturze jednorodnego roztworu α cechuje duża plastyczność i z tego względu mogą być obrabiane na zimno, podobnie jak stopy o niejednorodnej strukturze α, zawierające więcej niż 4% Sn. W praktyce do obróbki plastycznej przeznaczone są brązy cynowe zawierające do 8% Sn, choć obrabia się je źle, przy dużej skłonności do pęknięć. W stanie obrobionym plastycznie na zimno brązy cynowe charakteryzują się dużymi własnościami mechanicznymi, co ułatwia stosowanie ich w przemyśle chemicznym, papierniczym i okrętowym, m.in. na elementy aparatury kontrolno-pomiarowej, siatki, sprężyny, tulejki, łożyska ślizgowe. W celu polepszenia niektórych własności oraz zaoszczędzenia Sn są produkowane brązy cynowe wieloskładnikowe zawierające oprócz Sn dodatki Zn lub Pb. Dodatek Zn przeciwdziała segregacji brązów cynowych przez zmniejszenie zakresu temperatury krystalizacji fazy α, sprzyjając ujednorodnieniu ich własności mechanicznych i zwiększeniu własności wytrzymałościowych. Cynk jest dobrym odtleniaczem i poprawia lejność tych stopów. Ołów, nie tworzący roztworów, polepsza skrawalność brązu cynowego, zmniejsza współczynnik tarcia.
Miedzionikle, ich własności i zastosowanie.
Stopy miedzi z niklem. 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. Zastosowanie do wytwarzania monet, w elektrotechnice oraz do wytwarzania termoelementów oraz w przemyśle okrętowym.
Stopy łożyskowe, ich struktura.
Dużą rolę w technice odgrywają stopy cyny i ołowiu (stopy łożyskowe) stosowane do wylewania panewek ślizgowych w samochodach, wagonach, sprężarkach, turbinach i innych maszynach. Stopy te mają miękką i plastyczną osnowę z cząstkami nośnymi twardych faz zapewniających dużą odporność na ścieranie, niską temp topnienie i dużą przewodność cieplną. Najlepsze własności mają stopy na osnowie cyny z dodatkiem miedzi i antymony zwane „babbitami”. Mogą one przenosić wysokie naciski powierzchniowe (powyżej 10MPa).
Nowe technologie wytwarzania materiałów łożyskowych.
Obecnie stopy łożyskowe wypierane są przez łożyska bimetalowe napiekane, wytwarzane metodą metalurgii proszków
Co to jest metalurgia proszków?
Metalurgia proszków jest dziedziną techniki, obejmującą metody wytwarzania proszków metali i materiałów metalowych lub ich mieszanin z proszkami niemetalowymi oraz otrzymywania półproduktów i produktów z tych proszków bez konieczności roztapiania głównego składnika. Zajmuje się wytwarzaniem gotowych elementów użytkowych drogą spiekania (czyli spieków).
Jakie tworzywa wytwarza się metodą metalurgii proszków?
Metodą metalurgii proszków wytwarza się różne części maszyn i mechanizmów, w tym materiały łożyskowe i elementy cierne, styki elektryczne, metale trudno topliwe (wolfram, tantal), płytki skrawające i kompozyty metalowo-ceramiczne tzw. Cermetale.
Zalety metalurgii proszków.
Do zalet metalurgii proszków należy zaliczyć: *a)możliwość formowania gotowych elementów bez potrzeby kosztownej obróbki mechanicznej (np. koła zębate, krzywki, sitka do maszynek do mięsa itp.) *b)niewielki koszt produkcji pod warunkiem masowego jej charakteru (konieczność zamortyzowania kosztów oprzyrządowania) *c)możliwość automatyzacji procesu wytwarzania *d)małe zużycie materiałów i energii *e)możliwość wytwarzania tworzyw o składzie i strukturze nieosiągalnych innymi metodami (wolfram-serbro na styki, brąz-grafit)
Co to są cermetale? Podaj przykłady.
Cermetalami nazywamy kompozyty metalowo-ceramiczne. Do kompozytów zaliczamy spieki metalowo-ceramiczne. Celem ich wytworzenia jest uzyskanie optymalnych własności w grupie materiałów ciernych i żarowytrzymałych. Przykłady: Mo-ZrO2, W-Cr-Al2O3 (stosowany na dysze rakiet), SAP
zestaw C
- 1 -