Konstrukcyjne stale stopowe

Charakterystyka ogólna.

Przez pojecie stali konstrukcyjnych rozumie się stale stosowane do wyrobu części maszyn, urządzeń i konstrukcji pracujących w zwykłych temperaturach nie przekraczających 300 C i nie niższych od - 40 C oraz w środowiskach nie oddziaływujących szkodliwie na te elementy.

Stale te powinny odznaczać się właściwościami wytrzymałościowymi przy dobrych właściwościach plastycznych, aby elementy maszyn i urządzeń mogły przenosić obciążenia zarówno statyczne jak i dynamiczne. Istotna jest wysoka granica plastyczności gdyż elementy te nie mogą odkształcić się w trakcie pracy.

Elementy z tych stali o grubości większej niż 25mm nie hartuj się na wskroś z uwagi na ich ograniczoną hartowność.

Powyższe właściwości mechanicznych stali stopowych są spowodowane wpływem dodatków stopowych:

1. zwiększenie hartowności stali

2. umocnieniu ferrytu przez rozpuszczanie w nim dod. Stopowych

3. rozdrobnieniu ziarna

4. opóźnieniu procesów odpuszczania wraz ze wzrostem temp

5. wzroście stopnia dyspersji

Do konstrukcji stali stopowych zalicza się następujące rodzaje stali:

1. stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości

2. stale do nawęglania

3. stale do ulepszania cieplnego

4. stale do azotowania

5. stale sprężynowe

6. stale do hartowania powierzchniowego

Stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości

Mimo że stale stopowe podlegają zwykle obróbce cieplnej, jednak w pewnych szczególnych przypadkach , z uwagi na specjalne właściwości , czy też brak możliwości obróbki cieplnej , stosuje się KSS w stanie normalizowanym przy czym wymaga top od stali dobrych właściwości mechanicznych. a zwłaszcza podwyższonej granicy plastyczności Re300 do 460 Mpa.przy zachowaniu możliwości spawania tych sieci.

Podwyższenie właściwości mechanicznych nie było możliwe na drodze podwyższenia zawartości węgla która w tych stalach nie przekracza 0,22%

Z uwagi na strukturę stale te możemy podzielić na dwie grupy stale perlityczne i stale baninityczne.

Perlityczne mają w stanie normalizowanym strukturę ferrotyczno-perlityczną( dodatki stopowe występują pod postacią stałego ferrytu lud jako węgliki). Mają one wyższe właściwości od stali węglowych , o tej samej zawartości węgla z następujących powodów:

1 Rozpuszczone w ferrycie dodatki stopowe podwyższają jego twardość , wytrzymałość i granicę plastyczności

2 zwiększają ilość perlitu w strukturze stali

3 powodują rozdrobnienie ziarna stali

Baninityczne mają w stanie normalizowanym strukturze baninityczną. Dodatki stopowe występują w tych stalach w roztworze przesyconego węglem ferrytu oraz w postaci węglików. Zawierają one około 1 % dodatków zmniejszających trwałość przechłodzonego austenitu w zakresie bazninitycznym.

Stale do nawęglania

Do nawęglania stosuje się stale o niskiej zawartości węgla (0,1 do 0,25%) aby przy twardej warstwie powierzchniowej rdzeń miał dobre właściwości plastyczne. Stale węglowe stosuje się do wytwarzania elementów drobnych o małych przekrojach lub odpowiedniej wytrzymałości rdzenia. Mają one zwiększoną hartowność , co pozwala na uzyskanie po procesie nawęglania dalszej obróbki cieplnej. Zawartość dodatków stopowych nie może być zbyt duża ponieważ prowadzi do zwiększania ilości austenitu szczątkowego w warstwie nawęglonej i w konsekwencji do obniżenia twardości. Do zasadniczych dodatków stopowych w stalach do nawęglania należy chrom, mangan, nikiel, rzadziej wolfram.

Stale do ulepszania cieplnego

Stale stopowe do ulepszania cieplnego stosuje się do wytwarzania części maszyn podlegających dużym obciążeniom. Dzięki ulepszonemu hartowaniu z następnym wy7sokim odpuszczeniem można uzyskać wysoką wytrzymałość na rozciąganie granicę plastyczności i sprężystości. Ponadto przez dopuszczenie usuwa się naprężenia wewnętrzne powstające w przedmiotach stalowych podczas ich wytwarzania. Obróbka cieplna tych stali polega na hartowaniu z następnym odpuszczeniem w temperaturze 500 do 700 C w celu uzyskania struktury sorbitycznej co pozwala na osiągnięcie granicy plastyczności na poziomie 550 do 1350 Mpa.

Stal w stanie ulepszonym jest konglomeratem kulkowych węglików o dużym stopniu dyspersji oraz ferrytu. Z tego względu właściwości stali stopowej w stanie ulepszonym zależą od:

1 ilości stopnia dyspersji węglików

2 właściwości osnowy ferrytycznej

Wobec tego przy doborze stali do ulepszania kierujemy się :

1 zawartością węgla

2 zawartością dodatków stopowych

3 szczególne właściwości indywidualne.

Podstawowym dodatkiem do ulepszania cieplnego jest chrom. Zwiększa on hartowność oraz opóźnia procesy odpuszczania, co umożliwia osiągnięcie dobrej wytrzymałości przy dobrej ciągliwości.

Nikiel natomiast silnie zwiększa hartowność stali tak że równoczesna obecność chromu i niklu w stopie umożliwia hartowanie elementów o większym przekroju.

Stale do azotowania

W zasadzie azotować można każdą stal konstrukcyjną , jednak w praktyce stosuje się tylko te stale które po azotowaniu wykazują najlepsze właściwości. Są to stale średniowęglowe zawierające aluminium , chrom, molibden. Związki te tworzą bardzo twarde azotki.

Stale sprężynowe

Najistotniejszą cechą sprężyn i resorów jest zdolność do przyjmowania pierwotnych kształtów po odciążeniu. Z tego względu stale używane na sprężyny powinny odznaczać się wysoką granicą sprężystości oraz znaczną wytrzymałością zmęcznikową. Sprężyny wykonuje się ze stali węglowej w stanie surowym , z taśm walcowanych na zimno oraz drutu ciągnionego i patentowanego oraz ze stali stopowych w których głównymi składnikami są krzem mangan chrom i wanad. Krzem jest podstawowym dodatkiem do tej stali.

Stale do hartowania powierzchniowego

Stale do hartowania powierzchniowego dobiera się tak aby równocześnie uzyskać dużą twardość powierzchniową i odpowiednie właściwości wytrzymałościowe rdzenia. Do tego gatunku stali stosuje się stale z gatunku do ulepszenia cieplnego o zawartości węgla w granicach 0,4 do 0,6% zarówno węglowe jak i stopowe.

Stale i stopy narzędziowe

Ogólna charakterystyka stali narzędziowych.

Stale i stopy służą do wykonywania narzędzi do kształtowania materiału zarówno na drodze obróbki skrawaniem i przeróbki plastycznej oraz przyrządów pomiarowych. Warunki pracy poszczególnych rodzajów zasadniczo różnią siłę między sobą . co powoduje konieczność zastosowania dla każdego z nich materiałów o odp. właściwościach?

Materiały narzędziowe powinny mieć:

1 wysoką twardość 60HRC

2 dużą odporność na ścieranie

3 odpowiednią hartowność

4 dostateczną odporność na działanie wyższych temperatur

Za najistotniejszą własność materiałów narzędziowych należy uznać twardość w połączeniu z odpornością na ścieranie .

Narzędzia o strukturze martenzytu z wydzielanymi węglików są bardziej odporne na ścieranie niż narzędzia o czysto martenzytycznej strukturze.

Stal węglowa narzędziowa

Stale niestopowe ( węglowe) są materiałem narzędziowym najczęściej używanym materiałem. Węglowe stale narzędziowe cechują się małą hartownością i małą skłonnością do rozrostu ziarna austenitu. Ich obróbka cieplna polega na hartowaniu z nast.ępnym niskim odpuszczeniem.

Ponieważ narzędzia ze stali nie hartują się na wskroś i rdzeń ich pozostaje miękki, nie zahartowany , są one bardziej odporne na uderzenia niż narzędzia wykonane ze stali hartowanej.

Niebezpieczna temperatura nagrzania narzędzi ze stali węglowych , powodująca stępienie wynosi 180 C

Stale narzędziowe można podzielić na dwie grupy: Płytko hartujące się i głęboko hartujące się.

Przykłady zastosowania

Stal twarda - pilniki, brzytwy, rozwiertaki, frezy

Stal średniotwarda noże , nożyce, świdry, frezy

Stal ciągliwa twarda narzędzia chirurgiczne

Stal średnio ciągliwa narzędzia kamieniarskie i chirurgiczne

Stal ciągliwa formy , dłuta ręczne

Stal Bardzo ciągliwa spreżyny , piły do drewna, młotki

Stal narzędziowa do pracy na zimno

Stale narzędziowe do pracy na zimno służą do wykonania narzędzi do obróbki nie nagrzanych , materiałów .Oczywiście narzedzia jak i materiały mogą się nagrzewać w czasie pracy w wyniku działania tarcia. Stale te mają większą hartowność co pozwala na ich hartowanie w oleju lub roztopionych solach . mniejsza szybkość chłodzenia zmniejsza skłonność do pęknięć odkształceń oraz paczenia się. Temperaturę odpuszczania dobiera się w zależności od wymaganej twardościi ciągliwości . Podstawowymi dodatkami są wolfram , wanad a także molbiden nadające stali większą hartowność odporność na dopuszczenie i dobre właściwości wytrzymałościowe.

Z uwagi na zawartość węgla stale te można podzielić na dwie podstawowe grupy

1 wysokowęglowe - 0,75 - 2,1% węgla - narzędzia skrawające

2 średnio węglowe - 0,4 - 0,55 % węgla - narzędzia do przeróbki polastycznej

Stal narzedziowa do pracy na gorąco

Stale do pracy na gorąco

Stopowe stale narzędziowe do pracy na gorąco stosuje się do wytwarzania narzędzi do przeróbki plastycznej materiałów uprzednio nagrzanych do wyższych temperatur.

Z tetgo właśnie względy od stali nie wymaga się zbyt dużej twardości i odporności na ścieranie. Natomiast muszą one wykazywać wysoką wytrzymałość i odporność na ścieranie w wysokich temperaturach, dobrą ciągliwość, stabilność struktury i odporność na zmęczenie cieplne materiału. Podstawowe domieszki stosowane w stalach:

Wolfram, chromowo molibdenowe

---