Opracował:
Grzegorz Burczyk
II MDT
Stale konstrukcyjne stopowe.
Stalami stopowymi nazywamy stale, które poza żelazem i węlem oraz zwykłymi domieszkami zawierają jeszcze inne specjalnie wprowadzone składniki lub mają podwyższoną zawartość manganu i krzemu. Te celowe wprowadzone składniki tworzą składniki stopowe. Dzięki wprowadzeniu do stali dodatków można uzyskać wysokie W odpowiedzi właściwości mechaniczne i technologiczne, zwiększoną hartowność, wysoką twardość, odporność na ścieranie, określone właściwości fizyczne i chemiczne np. odporność na korozje, żaroodporność i żarowytrzymałość.
Symbole poszczególnych pierwiastków:
H- chrom; K- kobalt; S- krzem; W- wolfram; M- molibden; G- mangan; T- tytan; J- aluminium; F- wanad.
Pierwsza cyfra na początku określa średnią zawartość węgla w setnych częściach procenta; zaś cyfry po literach określają w całkowitych częściach procenta zawartość pierwiastka stopowego.
Stale wyższej jakości zawierają powyżej 0,03% fosforu, oraz poniżej 0,03% siarki i oznacza się je poprzez dodanie na końcu litery A. np. 18H2N2 (0,15- 0,22% C; 1,8- 2,1%Cr ; 1,8- 2,1%Ni). Dodatkowy symbol przed znakiem oznacza jej zastosowanie, np.: Ł- oznacza stal łożyskową.
Do konstrukcyjnych stali stopowych zalicza się następujące rodzaje stali:
stale wysokostopowe o podwyższonej wytrzymałości
stal do ulepszanie cieplnego
stal do nawęglania
stal do azotowania
stal na łożyska toczne
STAL WYSOKOSTOPOWA O PODWYRZSZONYCH WŁAŚCIWOŚCIACH
Re= 300- 460 Mpa
Ze względu na strukturę stale te można podzielić na:
stale perlityczne- mają z stanie znormalizowanym strukturę ferrytyczno - perlityczną. Dodatki stopowe występują w postaci roztworu stałego w ferrycie lub jako węgliki w perlicie.
rozpuszczone w ferrycie dodatki stopowe podwyższają jego twardość, wytrzymałość oraz granicę plastyczności.
Dodatki stopowe zwiększają ilość perlitu w strukturze stali
Dodatki stopowe powodują rozdrobnienie ziaren stali
Jako dodatki stopowe występują najczęściej mangan, miedz, krzem oraz aluminium, a także w niektórych gatunkach stali wanad i molibden. Mangan w ilości 1,0- 1,8% podnosi granicę Re, odporność na ścieranie i polepsza spawalność
stale bainityczne- mają w stanie znormalizowanym strukturę banityczną.
Bainit stopowy złożony jest z ferrytu przesyconego węglem i wzbogaconego w składniki stopowe oraz z węglików. Dodatki występuję w roztworze przesyconego węglem ferrytu oraz w postaci węglików. Zawierają one ponad 1% dodatków zmniejszających trwałość przechłodzonego austenitu w zakresie bainitycznym jak molibden oraz bor i opóźniających przemianę dyfuzyjną np. mangan i chrom, co pozwala uzyskać przy chłodzeniu na powietrzu wytrzymałość: Rm = 1100-1200 MPa
STALE DO ULEPSZANIA CIEPLNEGO
Stosuje się je do wytwarzania części maszyn podlegającym dużym obciążeniom. Dzięki ulepszaniu cieplnemu tj. HARTOWANIUI Z NASTĘPNYN WYSOKIM ODPOSZCZANIEM uzyskuje się wysoką wytrzymałość i sprężystość przy jednoczesnej dużej ciągliwości i udarności. Ponadto przez odpuszczanie usuwa się naprężenia wewnętrzne powstające w przedmiocie podczas procesu wytwarzani i hartowania, zapewniając możliwość obróbki mechanicznej po hartowaniu. Stale do ulepszania cieplnego obejmuje kilka gatunków stali węglowej wyższej jakości (0,25- 0,64%C) oraz stale stopowe (0,25-0,5%C0. maksymalne wartości procentów pierwiastków stopowych: 3% chromu, 5% niklu, 0,6% molibdenu, 3% wanadu, 1% wolframu, 2% manganu, 1,5% krzemu.
Obróbka cieplna tych stali polega na hartowani (w oleju) z następnym odpuszczaniem w temperaturze 500- 700 oC w celu uzyskania struktury sorbitycznej, co pozwala osiągnąć wytrzymałość na rozciąganie rM= 750- 1000 Mpa, Re= 550- 1300 Mpa, As= 15%, z= 35- 50 %,
STALE DO NAWĘGLANIA
Do nawęglania stosuje się stale o niskiej zawartości węgla (0,1- 0,25%), stosuje się to ppo to, aby uzyskać dużą twardość zewnętrznej warstwy przy jednoczesnym miękkim rdzeniu. Stale do nawęglanie mają zwiększoną hartowność, co umożliwia uzyskanie po procesie nawęglanie po procesie nawęglania na drodze dalszej obróbki cieplnej wysokiej wytrzymałości rdzenia; ponadto możliwość chłodzenia w oleju zmniejsza skłonność do odkształceń. Zawartość dodatków stopowych nie może być jednak zbyt duża, ponieważ prowadzi to do zwiększenia ilości austenitu szczątkowego w warstwie nawęglanej i w konsekwencji do obniżenia jej twardości. Do zasadniczych dodatków należy chrom 1-2%, mangan, nikiel molibden oraz rzadziej wolfram, wanad i tytan. Chrom nieznacznie zwiększa po hartowaniu wytrzymałość rdzenia. Nikiel powoduje zmniejszenie naprężeń w warstwie powierzchniowej. Stale chromowo- niklowe np. 18H2N2 mają wysokie właściwości mechaniczne i stosowane są do wyrobu ważnych części w precyzyjnych urządzeniach, silnie obciążonych częściach maszyn. Do uzyskania wysokiej wytrzymałości rdzenia i dużej twardości warstwy powierzchniowej wprowadza się do stali chromowo- niklowej 0,2- 0,3 molibdenu, lub 0,8-1,2 % wolframu.
Nawęglaniu poddaje się też stale chromowo - manganowe np. 14HG, 20HG, które mają niższe właściwości mechaniczne. Ponieważ mangan sprzyja niekorzystnemu wzrostowi ziaren, czemu przeciwdziała się stosując zadatek molibdenu. 0,2 % lub tytanu 0,1%.
STALE DO AZOTOWANIA:
Są to stale średnio węglowe, zawierające aluminium chrom, molibden, a czasami tytan i wanad, składniki te tworzą bardzo twarde azotki. Początkowo stosowano do azotowania wyłącznie stale aluminiowo - chromowe zawierające: 0,5- 1,2% Al., 1- 1,8% Cr. Stale zawierające aluminium odznaczają się najtwardsza powierzchnią, jednakże zawartość aluminium nie może być zbyt duża z uwagi na dużą kru8chośc warstwy dyfuzyjnej. Np. : 38 HNJ, 33H3MF, 25H3M
Główne składniki: krzem, chrom, wanad. Obróbka cieplna polega na hartowaniu do temperatury 800- 850 oC. W oleju lub w wodzie z następnym odpuszczaniem w 350- 500 oC. podstawowym dodatkiem zwiększających granicę sprężystości jest krzem.
sprężyny o niewielkim przekroju: 45S, 50SZ, 60S3A
silniki obciążone: 90HG, 90HS, 50HF,
do pracy w wyższych temperaturach - stale wolframowo - molibdenowo- wanadowe
odporne chemicznie, kwasoodporne: stale chromowo - niklowo
STALE NA ŁOŻYSKA
Jako stale łożyskowe stosuje się stal chromową ŁH15, oraz stal chromowo- manganowo- krzemową ŁU15SG.
Obróbka cieplna polega na hartowaniu w oleju z następnym niskim odpuszczaniu temperaturze 180 -250OC. Co pozwala uzyskać strukturę drobnoziarnistego martenzytu odpuszczonego z równomiernie rozłożonymi drobnymi węglikami chromu.