Mariusz Bąk II MDT
STAL O SPECJALNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH CHEMICZNYCH I FIZYCZNYCH
Stal odporna na korozję
Korozja to niszczenie metali wskutek agresywnego oddziaływania środowiska . Żelazo oraz stal niestopowa i stopowa nie są odporne na korozję i ulegają korozyjnemu niszczeniu w każdym środowisku . Niektóre metale, te które mają większe powinowactwo z tlenem niż żelazo , tworzą tylko jeden tlenek o zwartej budowie i przenoszą tę cechę na stopy z żelazem , są wykorzystywane do ich ochrony przed korozją . Pierwiastkami tymi są chrom , aluminium i krzem .
Stal zawierająca ok. 13% chromu zmienia swój potencjał elektrochemiczny z ujemnego na dodatni , co zapobiega jej korozji w roztworach wodnych . Przyczyną tego jest utworzenie się na powierzchni pasywnej warstewki [ CrO4]2- . Aluminium i krzem tworzą zwarte oraz szczelne tlenki i są stosowane przed wszystkim do ochrony stali przed korozją gazową w temperaturze powyżej 600oC . Stal odporną na korozję dzielimy na :
chromową - nierdzewną ,
chromowoniklową - kwasoodporną ,
Stal chromowa zawierająca 13-14% chromu lub ok. 17% chromu przy zawartości < 0,1% węgla ( OH13, OH17T ) jest ferrytyczna w całym zakresie temperatury . Można ją spawać , umacniać tylko zgniotem , nie podlega obróbce cieplnej z wyjątkiem wyżarzania rekrystalizującego i odprężającego . Stal zawierająca powyżej 0,2% węgla ( 2H13 , 3H17M H18 ) w temperaturze ok. 1100oC uzyskuje strukturę autenityczną , a podczas chłodzenia w powietrzu hartuje się . Ze stali tej wykonuje się nierdzewne części maszyn i nierdzewne narzędzia . Hartowanie prowadzi się najczęściej z temperatury 960-1000oC w oleju . Elementy maszyn odpuszcza się wysoko : 600-700oC , a narzędzia nisko , w ok. 200oC .
Stal chromowo-niklowa , nazywana stalą kwasoodporną , zawiera powyżej 8% niklu i dlatego ma w temperaturze pokojowej strukturę austenitu . Charakteryzuje się lepszą odpornością na korozję od stali chromowej , zwłaszcza w środowiskach kwaśnych . Wszystkie gatunki tej stali mają wytrzymałość i bardzo dużą plastyczność : Rm-ok. 500 MPa , Re -200-500MPa , A5 -35-40% .
Można je umacniać gniotem , kształtować plastycznie i obrabiać skrawaniem . Spawanie tych stali jest technologicznie proste . Stal ta zawiera do 0,1% C oraz dodatki stopowe : maks. 2%molibdenu , do 24% chromu , od 28% niklu , 1,5-2,5 % miedzi ( zwiększa odporność na korozję w środowisku kwasu siarkowego ) do 5% molibdenu , tytan , niob . Gatunki stali kwasoodpornej to : OH17N4G8 , OH18N12Nb , OHN24M4TCu .
Stal żaroodporna i zaworowa
Żaroodpornością nazywa się odporność stali na działanie gazów utleniających w wysokiej temperaturze . Wraz z odpornością na korozję gazową stal żaroodporna musi mieć zdolność przenoszenia obciążeń mechanicznych . Ponadto są pożądane dobre właściwości technologiczne , a zwłaszcza spawalność . Wśród stali żaroodpornej wyróżnia się stal żaroodporną ogólnego przeznaczenia , stosowaną w budowie pieców przemysłowych , palenisk , kotłów , aparatury chemicznej , w przemyśle szklarskim , w petrochemii . Specjalne grupy tworzą gatunki używane do wyrobu zaworów silników spalinowych oraz stale i stopy do wyrobu oporów grzewczych . Aby nadać stali żaroodporność , wprowadza się o niej chrom , krzem , oraz aluminium . Żaroodporność stali zależy przede wszystkim od jej składu chemicznego i można ją podzielić na :
ferrytyczną stal chromowo-aluminiową
ferrytyczną stal chromowo-krzemową
austenityczną stal chromowo-niklową
Dla każdej stali istnieje określona graniczna temperatura , powyżej której stal traci żaroodporność . Jako miarę żaroodporności przyjmuje się temperaturę , w której próbka o ściśle oznaczonych wymiarach uzyskuje graniczną wartość przyrostu masy wynoszącą 0,025g/cm2 jej powierzchni w czasie 250 h . Oprócz odporności chemicznej wymaga się zdolności zachowania właściwości mechanicznych w wysokiej temperaturze , przy jednoczesnym działaniu krótkotrwałego lub długotrwałego obciążenia . Właściwości mechaniczne stali w wysokiej temperaturze zwiększają : molibden , wolfram i wanad . Aby uzyskać strukturę austenityczną wprowadza się nikiel i mangan . Do gatunków stali zaliczamy : 2H17 , H13JS , H26N4 , H25N20S2 .
Szczególną grupę stali żarowytrzymałej używanej na zawory w silnikach spalinowych , stanowi stal zaworowa . Stali stosowanej na zawory stawia się szereg wymagań :
dużej odporności na wysokotemperaturową korozję gazową
dużej odporności na ścieranie
małej rozszerzalności i dużej przewodności cieplnej
dużej wytrzymałości na pełzanie oraz obciążenia udarowe
dobrych właściwości technologicznych , zwłaszcza podatności na obróbkę plastyczną
Na zawory stosuje się gatunki martenzytyczne ( H9S2 , H10S2M ) hartowane z temperatury 1050oC i odpuszczane w temperaturze 750-800oC stosowane na zawory wlotowe , i austenityczne ( 50H21G9N4 , 4H14N14W2M ) przesycane w temperaturze 1000-1100 oC i starzy w temperaturze 700-800 oC przez kilkanaście godzin stosowane na zawory wylotowe . Wszystkie zawory silników spalinowych mają przylgnię zaworową napawaną stellitem , powierzchnię trzonków utwardzoną przeciwciernie warstwą chromu , a stopkę utwardzoną przez hartowanie indukcyjne lub napawanie stellitem . Często powierzchnie trzonków zaworów , zwłaszcza przy przejściu w grzybek utwardza się przez azotowanie .
Stal o szczególnych właściwościach magnetycznych
Do stali o szczególnych właściwościach magnetycznych zalicza się :
stal magnetycznie miękką do której zalicza się czyste żelazo stosowane do wyrobu rdzeni elektromagnesów i przekaźników ( EOO5Pr , EOO8Pr ) stal niskowęglową oraz stal krzemową która jest podstawowym materiałem stosowanym do wyrobu blach elektrotechnicznych z których wykonuje się rdzenie transformatorów (3,7-4,2% krzemu ) i części prądnic ( 0,4-3,4% krzemu ) .
stal magnetycznie twarda stosowana do wyrobu magnesów trwałych dzieli się na następujące grupy :
stal węglowa o zawartości węgla 1,0-1,5% stosowana w stanie zahartowanym ; można z niej wykonać tylko niewielkie magnesy ze względu na małą hartowność tej stali
stal stopowa zawiera ok. 1% węgla oraz dodatki wolfram ,chrom , i kobalt . Stal tę hartuje się do uzyskania struktury martenzytu , która jest najkorzystniejszą strukturą stali do wyrobu magnesów trwałych po hartowaniu przeprowadza się obróbkę podzerową w temperaturze -70oC ( wymrażanie ) w celu usunięcia austenitu szczątkowego oraz odpuszcza się .
stal niemagnetyczną stosowaną do wyrobu elementów urządzeń magnetycznych .Jest to stal Cr-Ni-Mn ( H12N11G6 ) lub Mn-Cr ( G18H3 ) Obróbka cieplna polega na przesycaniu . Jej właściwości mechaniczne można polepszać przez odkształcenie plastyczne na zimno .