Charakterystyka i zastosowanie stopu żelaza z węglem.

Żelazo jest metalem, który w chemicznie czystej postaci znajduje bardzo małe zastosowanie. Powszechnie stosowane są stopy żelaza z różnymi dodatkami, przede wszystkim z węglem, a także z krzemem, manganem, wolframem, niklem, chromem. Stopy te, w zależności od rodzaju i ilości dodanych składników, mają różne właściwości mechaniczne, a więc twardość ciągliwość, sprężystość, odporność na ścieranie itp.

Podstawowym stopem jest stop żelaza z węglem. Zawartość węgla ma decydujący wpływ na właściwości stopów żelaza. Stop zawierający od 2% do 3,8% węgla nazywamy żeliwem a stop zawierający mniej niż 2% węgla nazywamy stalą.

Żelazo w stanie czystym nie jest stosowane w technice. Do wytwarzania elementów konstrukcyjnych stosowane są stale i żeliwa będące stopami żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi. Stopy żelaza otrzymywane sa z rud ( tlenków żelaza) w wyniku wielu procesów metalurgicznych. Proces wielkopiecowy jest najbardziej charakterystycznym procesem pirometalurgii.

Wielki piec ma około 30 metrów wysokości. Jest on od góry napełniany: rudą żelaza, koksem i domieszkami. Pracuje w ruchu ciągłym bez przerw. W określonych odstępach czasu z trzonu pieca spuszczany jest żużel oraz oddzielnie surówka, którą w kadziach transportuje się do stalowni lub odlewa w płaskie kawały (tzw. „gąski”).

Surówka produkt wielkiego pieca nie nadaje się do bezpośredniego zastosowania w przemyśle. Nie można jej kuć ze względu na dużą zawartość siarki i węgla, które powodują jej kruchość. Dlatego jest ona dalej przetapiana (świeżona) w stalowniach na stale, a w odlewniach produkuje się z niej żeliwa.

Stal jest to stop żelaza z węglem ( do 2%) i innymi domieszkami lub dodatkami stopowymi przerobiony plastycznie. Jakość i właściwości stali zależą od zawartości węgla oraz rodzaju i zawartości poszczególnych domieszek lub dodatków stopowych. 

Żelazo występuje w przyrodzie pod postacią związków chemicznych, najczęściej z tlenem. W technice, poza nielicznymi wyjątkami, stosuje się stopy żelaza z różnymi składnikami, z których najważniejszym jest węgiel: oprócz węgla, techniczne stopy żelaza zawierają zawsze pewne ilości krzemu, manganu, siarki i fosforu, przedostające się do stopu w czasie procesów metalurgicznych.

Stal - stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i plastycznie obrabialny o zawartości węgla nie przekraczającej 2%. Stal otrzymuje się z surówki w procesie świeżenia - stary proces, w nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na uzyskanie najwyższej jakości stali. Stal dostarczana jest w postaci różnorodnych wyrobów hutniczych - wlewki, pręty okrągłe, kwadratowe, sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), blachy.
Im większa zawartość węgla, a w konsekwencji udział twardego i kruchego cementytu, tym większa twardość stali, węgiel w stalach niskostopowych wpływa na twardość poprzez wpływ na hartowność stali, im większa zawartość węgla tym dłuższy czas jest potrzebny do przemiany perlitycznej - co w konsekwencji prowadzi do przemiany bainitycznej i martenzytycznej. W stalach stopowych wpływ węgla na twardość jest również spowodowany tendencją niektórych metali, głównie chromu, do tworzenia związków z węglem - głównie węglików o bardzo wysokiej twardości.
Surówka hutnicza
Stop żelaza z węglem (>2%), krzemem, manganem, fosforem i siarką będący produktem redukcji rudy w piecu nazywa się surówką. Nazwa pochodzi stąd, że jest to produkt przewidziany do dalszej przeróbki, czyli surowiec.
Surówka (hutnicza) przeznaczona do dalszej przeróbki odlewana jest w postaci bloczków zwanych gąskami.

Klasyfikacja żelaza i jego stopów:

Żelazo dzielimy na :

-żelazo wysokiej czystości

-żelazo technicznej czystości

Stopy żelaza dzielimy na :

-surówki

-stale

-żeliwa

-staliwa

-żelazostop

Żeliwo jest to stop zawierający od 2do 3,8% węgla. Otrzymuje się je przez powtórne przetopienie surówki wielkopiecowej i odpowiednich dodatków w piecach zwanych żeliwiakami. Żeliwo stosowane jest na odlewy różnych części

Występowanie konkretnej fazy węgla zależy od szybkości chłodzenia. Chłodzenie powolne sprzyja wydzielaniu się grafitu. Także i dodatki stopowe odgrywają tu pewną rolę. Krzem powoduje skłonność do wydzielania się grafitu, a mangan przeciwnie, stabilizuje cementyt. Żeliwo otrzymuje się przez przetapianie surówki z dodatkami złomu stalowego lub żeliwnego w piecach zwanych żeliwniakami. Tak powstały materiał stosuje się do wykonywania odlewów. Żeliwo charakteryzuje się niewielkim - 1,0% do 2,0% skurczem odlewniczym, łatwością wypełniania form, a po zastygnięciu obrabialnością. Wyroby odlewnicze po zastygnięciu, by usunąć ewentualne ostre krawędzie i pozostałości formy odlewniczej, poddaje się szlifowaniu. Odlew poddaje się także procesowi sezonowania, którego celem jest zmniejszenie wewnętrznych naprężeń, które mogą doprowadzić do odkształceń lub uszkodzeń wyrobu. Żeliwo dzięki wysokiej zawartości węgla posiada wysoką odporność na korozji.

W zależności od rodzaju surówki, dodatków oraz sposobu stygnięcia otrzymuje się różne gatunki żeliwa:

żeliwo szare, stosunkowo kruche; nadające się np. na bloki cylindrowe i głowice silników, ramy maszyn, koła zębate, koła pasowe, obudowy łożysk.

żeliwo białe, bardziej twarde; stosowane na części maszyn narażone na intensywne ścieranie.

żeliwo ciągliwe, mniej kruche; nadające się do wyrobu cienkościennych części

żeliwo stopowe z dodatkiem niklu, chromu, krzemu, odporne na korozję, wysokie temperatury

Stal jest stopem żelaza z węglem o zawartości do 2% węgla. zawiera ona także inne pierwiastki. Stal otrzymuje się z surówki - przez bezpośrednie działanie powietrzem na płynną surówkę, czyli tzw. świeżenie w piecu martenowskim. Wskutek tego nadmiar węgla i zbędne domieszki zostaną spalone (utlenione), a następnie usunięte z surówki.

Stal po odlaniu jest plastyczna i podlega obróbce plastycznej, tzn. jest kuta lub walcowana na pręty, blachy i różnego rodzaju kształtowniki

Stal niestopowa (węglowa) — stal, która nie zawiera specjalnie

wprowadzonych pierwiastków, jedynie węgiel i ograniczoną ilość pierwiastków —

domieszek i zanieczyszczeń:

• domieszki zwykłe: np. Mn (max.~0,8%) i Si (max.~0,3%), pochodzące głównie

z procesu metalurgicznego

• domieszki ukryte (śladowe): 0, N, H

• domieszki przypadkowe: np. Cu, Cr — ze złomu

• zanieczyszczenia: np. S (max.~0,05%), i P (max.~0,05%), pochodzące z rud

Stal stopowa — stal zawierająca dodatkowe pierwiastki, tzw. składniki

stopowe, wprowadzone w celu zmiany właściwości w określonym kierunku.

Staliwo — stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi, zawierający do

ok. 2% węgla, otrzymany w procesach stalowniczych i przeznaczony na odlewy.

Stal stopowa — stal zawierająca dodatkowe pierwiastki, tzw. składniki

stopowe, wprowadzone w celu zmiany właściwości w określonym kierunku.

Staliwo — stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi, zawierający do

ok. 2% węgla, otrzymany w procesach stalowniczych i przeznaczony na odlewy

Stop żelaza z węglem (>2%), krzemem, manganem, fosforem i siarką będący produktem redukcji rudy w piecu nazywa się surówką. Nazwa pochodzi stąd, że jest to produkt przewidziany do dalszej przeróbki, czyli surowiec.
Surówka (hutnicza) przeznaczona do dalszej przeróbki odlewana jest w postaci bloczków zwanych gąskami.
Stop żelaza z węglem (>2%), krzemem, manganem, fosforem i siarką będący produktem redukcji rudy w piecu nazywa się surówką. Nazwa pochodzi stąd, że jest to produkt przewidziany do dalszej przeróbki, czyli surowiec.
Surówka (hutnicza) przeznaczona do dalszej przeróbki odlewana jest w postaci bloczków zwanych gąskami.

Wpływ na budowę surówki mają: skład chemiczny i szybkość chłodzenia.
Ze względu na sposób otrzymania:
• drzewnowęglowa, wytopiona na węglu drzewnym
• koksowa, wytopiona na koksie
Ze względu na przeznaczenie:
• besemerowska, o dużej zawartości krzemu, nie zawierająca fosforu i siarki, przeznaczona do wytworzenia stali metodą Bessemera
• martenowska, przeznaczona do wytworzenia stali w piecu martenowskim
• tomasowska, o dużej zawartości fosforu i małej zawartości krzemu, przeznaczona do wytworzenia stali metodą Thomasa
• odlewnicza, przeznaczona do przetopu w odlewni żeliwa
Surówka (w postaci pierwotnej, lub powtórnie przetopiona - zwykle z dodatkiem złomu oraz żelazostopów) w odlewie użytkowym nazywa się żeliwem (inna nazwa: żelazo lane).

Norma PN-EN 10027-1 ustala zasady oznaczania stali za pomocą symboli

literowych i cyfrowych. Symbole literowe i cyfrowe wskazują na główne cechy

stali, takie jak: zastosowanie stali, własności mechaniczne lub fizyczne oraz

skład chemiczny stali, co pozwala w sposób uproszczony klasyfikować gatunek stali. Aby uniknąć powtarzalności w znakowanie stali, konieczne jest

uzupełnianie symboli stali znakami dodatkowymi, które pomocniczo charakteryzują cechy stali lub wyrobów hutniczych, np warunki obróbki cieplnej, przydatność do pracy w wysokich lub niskich temperaturach. Wspomniane dodatkowe symbole zostały ujęte w Okólniku Informacyjnym ECISS - IC10. Okólnik

Informacyjny jest uzupełnieniem normy PN-EN 10027-1 i ma służyć jako

podstawa do ustalania znaków stali już ustanowionych w dotychczasowych normach. Zawiera dodatkowe znaki, które należy stosować łącznie z

symbolami głównymi wg PN-EN 10027-1, jeżeli te ostatnie nie wystarczają do

całkowitej identyfikacji stali lub wyrobu stalowego.

Według normy PN-EN 10027-1 dla każdej stali powinien być ustalony

jeden jednoznaczny znak, który należy pisać bez spacji. Znaki stali można podzielić na dwie główne grupy:

-grupa 1 - znaki i symbole stali, które wskazują na zastosowanie oraz

mechaniczne lub fizyczne własności stali.

-grupa 2 - znaki i symbole stali, które wskazują na skład chemiczny (wyodrębnia się 4 podgrupy znaków).

Znak stali oznaczanych wg ich zastosowania i własności mechanicznych

lub fizycznych posiadają następujące symbole główne:

S = stale konstrukcyjne

P = stale pracujące pod ciśnieniem

L = stale na rury przewodowe

E = stale maszynowe

B = stale do zbrojenia betonu, gdzie po symbolu literowym umieszcza się

liczbę będącą charakterystyczną granicą plastyczności w N/mm kw

Y = stale do betonu sprężonego, gdzie po symbolu literowym umieszcza

się liczbę będącą wymaganą minimalną wytrzymałością na rozciąganie

w N/mm kw

R = stal na szyny lub w postaci szyn, gdzie po symbolu literowym umieszcza się liczbę będącą wymaganą minimalną wytrzymałością na rozciąganie w N/mm kw

H = wyroby płaskie walcowane na zimno ze stali o podwyższonej wytrzymałości przeznaczonych do kształtowania na zimno, gdzie po symbolu literowym umieszcza się liczbę będącą wymaganą nominalną

granicą plastyczności w N/mm kw albo jeżeli jest wymagana tylko wytrzymałość na rozciąganie, wtedy literę T, za którą umieszcza się wymaganą minimalną wytrzymałość na rozciąganie w N/mm kw

D = wyroby płaskie ze stali miękkich przeznaczonych do kształtowania na

zimno (z wyjątkiem wymienionych w pozycji 5), gdzie po symbolu literowym umieszcza się jedną z następujących liter:

- C dla wyrobów płaskich walcowanych na zimno;

- D dla wyrobów płaskich walcowanych na gorąco przeznaczonych do kształtowania na zimno;

- X dla wyrobów bez charakterystyki walcowania (na zimno lub na gorąco); oraz dwa symbole cyfrowe lub literowe charakteryzujące stal, ustalone przez jednostkę ustalającą znak;

T = wyroby walcowni blachy ocynowanej (blacha i taśma opakowaniowa), za którą umieszcza się:

- dla wyrobów o jednokrotnie redukowanej grubości literę H, za którą umieszcza się liczbę będącą wymaganą nominalną twardością wg HR 30Tm;

- dla wyrobów o dwukrotnie redukowanej grubości liczbę będącą wymaganą nominalna granicą plastyczności w N/mm kw

M = stale elektrotechniczne, za którą umieszcza się:

- liczbę będącą 100-krotną wymaganą maksymalną stratnością w

W/kg, odniesioną do nominalnej grubości blachy lub taśmy, przy częstotliwości 50 Hz i indukcji magnetycznej:

- 1,5 Tesla dla blach i taśm niewyżarzonych końcowo i wyżarzonych końcowo o niezorientowanych i normalnie zorientowanych ziarnach;

- 1,7 Tesla dla blach i taśm o niskiej stratności lub wysokiej

przenikalności magnetycznej i zorientowany ziarnie;

- liczbę będącą 100-krotną nominalną grubością wyrobu w mm;

- literę oznaczającą rodzaj blachy lub taśmy elektrotechnicznej, tj.

- A o niezorientowanym ziarnie;

- D ze stali niestopowych, niewyżarzonych końcowo;

- E ze stali stopowych, niewyżarzonych końcowo;

- N o normalnie zorientowanym ziarnie;

- S o zorientowanym ziarnie, obniżonej stratności;

- P o zorientowanym ziarnie, wysokiej przenikalności magnetycznej

Symbole literowe za literą M dotyczącą stali elektrotechnicznych

stosowanych przy częstotliwości przemysłowej 50 Hz, dla innych zastosowań

np. na przekaźniki lub do wysokich częstotliwości nie zostały dotychczas ustalone.

Znak stali ze względu na ich skład chemiczny dzielimy na cztery podgrupy :

- podgrupa 1 - stale niestopowe (bez stali automatowych) o średniej zawartości manganu < 1% - znak składa się z następujących

symboli, umieszczonych kolejno po sobie:

a) litery C

b) liczby będącej 100-krotną średnią wymaganą zawartością procentową węgla

2

. Jeżeli nie jest wymagana zawartość węgla w określonych granicach, wówczas komitet techniczny opracowujący

normy na wyrób powinien określić reprezentatywną wielkość.

- podgrupa 2 - stale niestopowe o średniej zawartości manganu ≥ 1%.

niestopowe stale automatowe i stale stopowe (bez stali szybkotnących) o

zawartości każdego pierwiastka stopowego < 5% - znak składa się z:

a) liczby będącej 100-krotna wymaganą średnią zawartością węgla

Jeżeli nie jest wymagana zawartość węgla w określonych granicach, wówczas instytucje odpowiedzialne za odpowiednią

normę na wyroby powinny określić reprezentatywną wielkość;

b) symboli pierwiastków chemicznych oznaczających składniki stopowe w stali. Symbole te porządkuje się w kolejności malejącej zawartości pierwiastków; jeżeli występują identyczne zawartości

dwóch lub więcej pierwiastków, wówczas stosuje się porządek alfabetyczny

c) liczb oznaczających zawartości poszczególnych pierwiastków stopowych w stali. Każda liczba oznacza odpowiednio, średni procent zawartości pierwiastka pomnożony przez współczynnik wg tablicy 3.3

i zaokrąglony do najbliższej liczby całkowitej Liczby dotyczące poszczególnych pierwiastków należy oddzielić kreską poziomą.

- podgrupa 3 - stale stopowe (bez stali szybkotnących) zawierające

przynajmniej jeden pierwiastek stopowy ≥ 5% - znak składa się z nastę-

pujących symboli:

a) litery X;

b) liczby będącej 100-krotną wymaganą średnią zawartością węgla 3

. Jeżeli nie jest wymagana zawartość węgla w określonych granicach, wówczas instytucja odpowiedzialna za odpowiednią normę na wyroby powinna określić reprezentatywną wielkość;

c) symboli chemicznych oznaczających składniki stopowe stali. Symbole te porządkuje się w kolejności malejącej zawartości pierwiastków; jeżeli występują identyczne zawartości dwóch lub więcej pierwiastków, wówczas stosuje się porządek alfabetyczny;

d) liczb oznaczających wielkości zawartości pierwiastków stopowych.

Każda liczba oznacza odpowiednio, średni procent zawartości pierwiastka pomnożony przez współczynnik zaokrąglony do najbliższej liczby całkowitej. Liczby dotyczące poszczególnych pierwiastków należy oddzielić kreską poziomą.

- podgrupa 4 - stale szybkotnące - znak składa się z symboli:

a) liter HS;

b) liczb oznaczających procentowe zawartości pierwiastków stopowych w następującym porządku: wolfram -W, molibden -M, wanad - V, kobalt - Co.

Każda liczba oznacza średnią zawartość procentową odpowiedniego pierwiastka, zaokrągloną do najbliższej liczby całkowitej; liczby oznaczające

zawartości poszczególnych pierwiastków należy oddzielić kreską poziomą.

STAL NIESTOPOWA, STAL KONSTRUKCYJNA STOPOWA ŻELIWO KONSTRUKCYJNE STOPOWE.
Stal konstrukcyjna niestopowa.
Wyróżnia się w niej gatunki konstrukcyjne podzielone na następujące grupy:
- stal zwykłej jakości ogólnego stosowania,
- stal wyższej jakości,
- stal narzędziowa.
Stal konstrukcyjna zwykłej jakości jest produkowana standardowymi metodami hutniczymi, kształtowana na gorąco i bez jakiejkolwiek obróbki cieplnej dostarczona w celu wykorzystania w dalszym procesie technologicznym. Zauważa się w niej niejednokrotnie różne właściwości w obrębie jednej partii półwyrobu.
W grupie tego typu stali rozróżnia się sześć gatunków o różnej zawartości węgla i domieszeki o różnych własnościach mechanicznych i różnym sposobie Dotleniania .Są to:
- St0 - zaw. max 0,23 % C, Re = 165 -195 MPa,
- St3 - zaw. max 0,22 % C, Re = 195 - 235 MPa,
- St4 - zaw. max 0,24 % C, Re = 215 - 275 MPa,
- 8t5 - ok. 0,35 % C, Re = 255 - 295 MPa .
- St6 - ok. 0,45 % C, Re = 295 - 335 MPa ,
- St7 - ok. 0,55 % C. Re = 325 - 365 MPa.
Gatunki St0, St3 i St4 są przeznaczone na konstrukcje spawane (oznaczone literą S).
Gatunki St3 i St4 mogą być wytwarzane w różnych odmianach w zależności od składu chemicznego , np. ograniczona zawartość węgla siarki i fosforu oznaczone literą V lub W -zależnie od stopnia ograniczenia. Gatunki St0 - St4 produkowane są jako nieuspokojone (X), półuspokojone (Y), uspokojone lub specjalnie uspokojone (drobnoziarniste). Gatunki St5 - St7 dostarczane są Jako uspokojone , można je normalizować i sporadycznie ulepszać cieplnie .Stosuje się je na proste elementy maszyn i proste narzędzia o wymaganej nieco większej wytrzymałości i odporności na ścieranie .

Stal wyższej Jakości dzieli się na :
1. stale do utwardzania powierzchniowego,
2. stale do normalizowania i ulepszania cieplnego. Pierwsze stosowane są na drobne elementy, utwardzone poprzez nawęglanie są twarde i odporne na ścieranie. Rdzeń wyrobów jest zawsze przegrzany i nie zahartowany . Bywa , że stosuje się je także na elementy o dużej ciągliwość (cięgna , złącza), (ozn. 10,15,20) Ad 2 Do normalizowania i ulepszania cieplnego (stale 25-65 oznaczane co 5). Posiadają małą hartowność, są zawsze stosowane w stanie normalizowanym , czasem utwardzane przez hartowanie powierzchniowe. Mniejsze wyroby można stosować w stanie ulepszonym cieplnie . Gatunki 50, 55,65 (najtwardsze) są stosowane na elementy sprężynujące i proste narzędzia . Stale 15G, 20G, 45G, 50G, 60G mają zwiększoną zawartość Mn co powoduje ich lepszą hartowność i mogą być stosowane na wyroby większe ulepszane cieplnie . W grupie tej zalicza się także stale stosowane na blachy płaskie (do 0,1 % C) i do głębokiego tłoczenia - posiadające obniżoną zawartość wtrąceń niemetalicznych (siarczków) i są tak walcowane i rekrystalizowane, by ziarna stali byty drobne i równomierne. Należy też wyróżnić w tej grupie stale do skrawania (tzw. stale automatowe), których wydajność zwiększona jest przez zmniejszenie zaw. C (perlitu), obecność P (ok. 15 %) zwiększa kruchość wióra . W stalach automatowych aby zwiększyć odporność na korozję zamiast siarki stosuje się selen .
Stale narzędziowe produkowane są w dwóch odmianach: płytkohartujące (N7E - N13E) i głębokohartujące ( N5 - N13). Znak stali składa się z litery N i liczby określającej średnią zawartość węgla w dziesiętnych częściach procenta a stal płytkohartująca się ma na końcu literę E . Stale głębokohartujące się mają o 0,05 %więcej: Mn, Si. Cr, Ni, Cu a o 0,005 - 0,01 % - P i S . Stale te po hartowaniu mają HRC > 60 a mimo to po nieznacznym podgrzaniu (do 200 C) stają się miękkie nie nadając się do dalszego użytku. Stosuje się je na :narzędzia pomiarowe, gwintowniki, przebijaki, przecinaki. Bez względu na masę wszystkich gatunków mają matą hartowność, co wymusza by po hartowaniu byty energicznie chłodzone H20 - NaCI, co powoduje, że smukłe narzędzia krzywią się a o średnicy lub przekroju prostokątnym o boku powyżej 30 są wrażliwe na tzw. miękkie plamy, przez co są trudne do zahartowania. Gatunki te mają małą twardość w stanie zmiękczonym, co ułatwia kształtowanie narzędzi zaś ciągliwy rdzeń pod twardą warstwą zahartowaną zwiększa żywotność przy dynamicznych obciążeniach.
Stale konstrukcyjne stopowe są szeroko stosowane do wyrobu części maszyn i pojazdów oraz na wszelkiego rodzaju konstrukcje . Mają one odpowiednie parametry, które uzyskuje się przez wprowadzenie pierwiastków stopowych do stali np. zwiększenie hartowności. Polska Norma określa zasady znakowania stali za pomocą cyfr i liter. l tak dwie cyfry określają zawartość C w stali, w setnych częściach procenta , litery natomiast określają pierwiastek stopowy: H - chrom , G - mangan , S krzem , N - nikiel, F - wanad . T - tytan , W • wolfram , K - kobalt, B - bór, M- molibden , J - aluminium . Gdy zawartość pierwiastka przekracza 1%, wówczas przy literze podaje się cyfrę podającą zawartość tego pierwiastka w procentach.

Stale łożyskowe zamiast cyfr mówiących o zawartości węgla mają literę Ł, a po znaku H - chromu liczbę mówiącą o zawartości tego pierwiastka w dziesiętnych procenta . Obecnie wg norm PN • EN 10027-1:1994 stosuje się sposób znakowania stali stopowych przy pomocy trzech systemów:
1 - gdy żaden z pierwiastków stali nie przekracza 5 % ,
2 - gdy przynajmniej jeden z pierwiastków stali wyst. w zawartości przekraczającej 5 %,
3 • dla stali szybkotnących .

Materiały narzędziowe są to materiały stosowane do wyrobu części roboczych lub całych narzędzi. Główne własności materiałów narzędziowych. 

Wymagania:
a) twardość narzędzia - powinna przewyższać twardość materiału narzędziowego od 20 - 30 HRC, np. stal szybkotnąca hartowana to ok. 63 HRC. Narzędziem z tej stali można obrabiać materiały o twardości od 33-43 HRC.
b) Odporność na wysoką temp. 
Podczas skrawania narzędzie nagrzewa się przy dużych prędkościach do wysokich temp. Może wtedy osiągnąć temp. Wyższą od temp. opuszczania danego materiału narzędziowego przez co ostrze ulega szybkiemu stępieniu. Wzrostowi temp. narzędzia możemy zapobiec stosując chłodzenie.
c) Odpowiednia wytrzymałość 

Rodzaj wymaganej wytrzymałości zależy od rodzaju narzędzia.
d) Odporność na ścieranie
Właściwość ta wymagana jest od wszystkich narzędzi. Szczególnie zaś od tych, które podczas obróbki muszą zachować odpowiedni wymiar (np. rozwiertak).
e) Zachowanie się podczas hartowania
Po hartowaniu pożądane jest aby była zachowana odpowiednia twardość, odpowiednia głębokość, oraz nieprzegrzewalność stali. Narzędzia hartujemy w oleju lub w powietrzu.
Stale narzędziowe produkowane są w dwóch odmianach: płytkohartujące (N7E - N13E) i głębokohartujące ( N5 - N13). Znak stali składa się z litery N i liczby określającej średnią zawartość węgla w dziesiętnych częściach procenta a stal płytkohartująca się ma na końcu literę E . Stale głębokohartujące się mają o 0,05 %więcej: Mn, Si. Cr, Ni, Cu a o 0,005 - 0,01 % - P i S . Stale te po hartowaniu mają HRC > 60 a mimo to po nieznacznym podgrzaniu (do 200 C) stają się miękkie nie nadając się do dalszego użytku. Stosuje się je na : narzędzia pomiarowe, gwintowniki, przebijaki, przecinaki. Bez względu na masę wszystkich gatunków mają matą hartowność, co wymusza by po hartowaniu byty energicznie chłodzone 
H20 - NaCI, co powoduje, że smukłe narzędzia krzywią się a o średnicy lub przekroju prostokątnym o boku powyżej 30 są wrażliwe na tzw. miękkie plamy, przez co są trudne do zahartowania. Gatunki te mają małą twardość w stanie zmiękczonym, co ułatwia kształtowanie narzędzi zaś ciągliwy rdzeń pod twardą warstwą zahartowaną zwiększa żywotność przy dynamicznych obciążeniach.
Stale narzędziowe niestopowe (węglowe) - stale te posiadają małą zawartość fosforu i siarki. Posiadają zawartość węgla w granicach (0,38-1,3%). Odznaczają się niską temperaturą skrawania do ok. 250◦C, a potem tracą własności. Mają małą odporność na ścieranie. Ich twardość zależy od zawartości węgla i waha się w granicach 56-62 HRC. Stale te hartujemy w wodzie. Ze stali niestopowych wykonujemy narzędzia o mało skomplikowanych kształtach.
Stale stopowe do pracy na gorąco - nie są stosowane na 
narzędzia skrawające. Stosuje się je na narzędzia przeznaczone do obróbki plastycznej metali nagrzewanych do temp. plastyczności.



Stale szybkotnące - stale te zaliczamy do stali stopowych. 
Stale te zachowują twardość i zdolność skrawania przy szybkościach i grubościach warstwy skrawanej wywołujących nagrzewanie się narzędzi do temp. 650◦
Twardość tych narzędzi wynosi 61-63 HRC
Przeznaczenie:
Ze stali tych wykonuje się narzędzia przeznaczone do obróbek mechanicznych.
Stale szybkotnące są stalami drogimi dlatego należy je stosować na ostrza narzędzi.
Stale sprężynowe [resorowe] zaliczają się do stali konstrukcyjnych o specjalnym zastosowaniu dostarczane są w postaci kulistych lub walcowanych odkuwek, prętów, taśm i podlegają sprawdzeniu składu chemicznego oraz badaniom własności mechanicznych. 
Wyroby hutnicze przeznaczone na sprężyny i resory powinny się odznaczać całkowitym brakiem najczęściej spotykanych wad hutniczych, jak śladów jamy skurczowej [pusta przestrzeń w odlewie powstająca często podczas jego krzepnięcia; obniża właściwości wytrzymałościowe odlewu i zmniejsza jego szczelność; powstawaniu jamy skurczowej przeciwdziała się przez odpowiednie zaprojektowanie układu wlewowego pozwalającego na regulację rozkładu temperatury w odlewie w czasie jego krzepnięcia], wyraźnej segregacji składników, odwęglenia powierzchni, pęknięć, przegrzania oraz wad pochodzących z obróbki plastycznej, jak: chropowatość powierzchni, zawalcowań, rys i tym podobnych.
Są to najczęściej stale z przerobu martenowskiego. Głównym składnikiem stali stopowych sprężynowych [resorowych] jest krzem, a następnie chrom, mangan i wanad, aczkolwiek jest stosowana również na produkcję sprężyn i resorów pewna grupa stali węglowych o znacznej zawartości węgla [0,65% 0,85%].
Najważniejszą cechą dobrych sprężyn i resorów jest ich zdolność do przyjmowania swojego pierwotnego kształtu po obciążeniu i następującym po nim odciążeniu. Aby temu sprostać, stale używane na sprężyny i resory powinny się odznaczać:
1. dużym zakresem odkształceń sprężystych, czyli możliwie wysoką granicą sprężystości
2. dobrymi właściwościami plastycznymi [a więc dużym wydłużeniem i przewężeniem], aby w przypadku przekroczenia granicy sprężystości mogło nastąpić pewne odkształcenie trwałe, lecz bez zniszczenia przedmiotu
3. wysoką wytrzymałością statyczną
4. znaczną wytrzymałością na zmęczenie [zjawisko zmniejszania się wytrzymałości materiału poddawanego długotrwałym cyklicznym obciążeniom; efektem ostatecznym zmęczenia materiału jest utarta spójności poprzez pęknięcie - ze względu na specyficzny przebieg i rodzaj przełomu zwanego pęknięciem zmęczeniowym. Pękanie zachodzi stopniowo: rozpoczyna się od mikropęknięć, które rozwijają się i łączą, co doprowadza w końcu do rozdzielenia materiału bez znaczących odkształceń plastycznych i zwykle przy naprężeniu znacznie mniejszym od minimalnego statycznego naprężenia niszczącego. Zmęczenie materiału ma duże znaczenie dla trwałości elementów maszyn, pojazdów, konstrukcji itp., jest częstą przyczyną groźnych awarii technicznych]
Pomijając sprężyny otrzymywane z prętów, drutów lub taśm po przeróbce plastycznej na zimno, a więc w stanie zgniecionym, wszystkie inne sprężyny mogą być stosowane jedynie po obróbce cieplnej polegającej na hartowaniu i odpuszczaniu zazwyczaj w średniej, a czasem również w wysokiej temperaturze.
Doświadczalnie stwierdzono, że wytrzymałość na zmęczenie sprężyny obrobionej cieplnie jest o 10 [kG/mm2] wyższa od sprężyny zgniecionej przy tej samej wytrzymałości na rozciąganie.
W tablicy [2] podałam cechę, warunki obróbki cieplnej oraz uzyskane właściwości mechaniczne i główne zastosowania stali resorowych i sprężynowych.
Pomijając stal węglową, wszystkie inne stale podane w tabeli [2] po odpowiedniej obróbce cieplnej mają bardzo wysoką wytrzymałość na rozciąganie zawartą w granicach od 110 do 155 kG/mm2 przy dłuższej również granicy plastyczności wynoszącej od 95 do 120 kG/mm2 i przy znacznej twardości Brinella zawartej między 330 a 445 kG/mm2.
Ponieważ wyznaczenie granicy sprężystości, która w tym przypadku jest wartością najważniejszą, jest w praktyce dość trudne do przeprowadzenia, wobec tego do obliczeń konstrukcyjnych przyjmuje się zazwyczaj granicę plastyczności. Wartość jej jest wyższa od granicy sprężystości, lecz na ogół do niej zbliżona. Przy takim założeniu granicy sprężystości przy wszelkich obliczeniach przyjmuje się jako dopuszczalne naprężenie wynoszące mniej więcej połowę wartości granicy plastyczności. 
Oczywiście bardziej prawidłowe jest oparcie się w obliczeniach na wynikach badań wytrzymałości na zmęczenie.
Wszystkie te stale są stalami średniowęglowymi i za wyjątkiem pierwszej stopowymi. Stale stopowe stosuje się tylko po obróbce cieplnej, polegającej na hartowaniu i odpuszczaniu przy czym temperatura obróbki zależy tylko od składu chemicznego. Prawidłowe wyniki obróbki można uzyskać jedynie przy ścisłym przestrzeganiu temperatury hartowania i całkowitym zabezpieczeniu stali przed odwęgleniem [niepożądane zjawisko obniżania zawartości węgla na pow. stali w czasie jej wyżarzania i plastycznej obróbki na gorąco].
Zbyt wysoka temperatura wygrzewania stali przed chłodzeniem prowadzi do przegrzania materiału, a to znowu - do powstania pęknięć hartowniczych, co przy materiale pracującym na zmęczenie, jak resor czy sprężyna jest w ogóle niedopuszczalne. 
Również powierzchniowe odwęglanie stali jest niedopuszczalne, gdyż uniemożliwia uzyskanie na powierzchnie odpowiednich własności mechanicznych [na powierzchnie następuje obniżenie granicy sprężystości], co powoduje pęknięcia, co jest początkiem przełomu zmęczeniowego. Należy tu zaznaczyć, że najwięcej sprzyja odwęgleniu krzem, potem mangan i wreszcie chrom.
Wszelkie najdrobniejsze zawalcowania lub nawet rdza podnoszą skłonność do koncentracji naprężeń i powstania przełomu zmęczeniowego. Oczywiste jest, że im wyższa wytrzymałość stali, tym wrażliwość jej na wszelkie braki powierzchniowe jest również większa. Z tego powodu dla zwiększenia wytrzymałości na zmęczenie stosuje się często polerowanie, piaskowanie, a nawet wywołuje się pewne powierzchniowe odkształcenie na zimno [kulkowanie - jedna z metod wykańczającej obróbki mechanicznej prowadząca do znacznego zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej wyrobów poprzez umocnienie ich warstwy wierzchniej i zmniejszenie chropowatości pow. elementów. K. polega na uderzaniu w powierzchnię obrabianego elementu stalowymi - rzadziej żeliwnymi - kulkami [śrutem] wyrzucanymi przy pomocy strumienia sprężonego powietrza lub układu wirników].

Bibliografia:

-A. Ciszewski, A. Szummer, T. Radomski „Materiałoznawstwo” Politechnika Warszawska 2009r

---