ZASADY DOBORU MATERIAŁÓW INŻYNIERSKICH

BY GRUPA III

Stale o specjalnych własnościach cieplnych.

1. Stale i stopy na opory grzewcze.

Własności:

- duży opór właściwy

- mały współczynnik cieplny oporności

- dobra przerabialność plastyczna

- żaroodporność

- dobra spawalność

- dobra plastyczność

Podział:

- oporniki do temp. 300-450⁰C

Nikielina 35Cu+45Ni

Konstantan 59Cu+40Ni+1Mn

Manganian 84Cu+4Ni+12Mn

- przyrządy laboratoryjne i urządzenia gospodarstwa domowego

Stale Mn-Si-Cu, Cr-Mn-Si, Cr-Si-Cu-Al

- piece laboratoryjne i przemysłowe

1. austenityczne (1050-1200⁰C) (oporność: 110-120

[jednostka, ale nie w ohm'ach])

Ni80+Cr80

Ni60+Cr15+fe

Ni25+Cr20+Si2+Fe

b) ferrytyczne (1000-1300⁰C) (130-150[jak wyżej])

H13J4 - 1000⁰C

H17J5 - 1150⁰C

H25J5 - 1200⁰C

OH25J5 - 1300⁰C

Żaroodporność - odporność na utlenianie w wysokiej temp.

Korozja katastroficzna - przepala się od razu co jest związane z jakością podłoża np. ceramika nieodpowiednia (im wyższa temp. tym większy opór).

c) stopy specjalne (W, Mo), szlachetne (Pt), spiekane SiC, SiMo (1300⁰C-2000⁰C).

2. Stopy o określonym współczynniku rozszerzalności liniowej oraz punkcie przemiany magnetycznej (do połączeń ze szkłem) (alfa- 1,2-20*10^-61/⁰C)

a) stopy o małym współczynniku rozszerzalności cieplnej.

- inwar (35-37% Ni+0,25%C)

- elinwar ≡ inwar+6-12%Cr - sprężyny, kamertony.

stop o stałych własnościach sprężystych

zależność czego od czego?? kto by to wiedział:)

b) stopy o dużym współczynniku rozszerzalności cieplnej Ni14Mn7, Ni20Mn6,Ni25 (termobimetale) - (17,5-20)x10^-61/⁰C

c) stopy do połączeń ze szkłem (6-8,0x10^-61/⁰C)

FeNi, FeNi28Co16, FeNi46Cr1, - zakres0-400⁰C (liniowa rozszerzalność).

Bimetal - rodzaj sztabki zbudowanej z dwóch metali. Są to dwie blachy o różnym współczynniku rozszerzalności zgrzane ze sobą. Przy podgrzewaniu takiego bimetalu różnica współczynników rozszerzalności sprawia, że bimetal wygina się w jedną stronę (zwieranie styków itp.)

3. 
   Stopy o określonej sile termoelektrycznej (termoelement, przewody kompensacyjne).

a) metale nieszlachetne:

Cu - const. <500⁰C

Ag - const. <600⁰C

NiCr - const. <800⁰C

Fe - const. <700⁰C

NiCr - Ni <1000⁰C

b) metale szlachetne

PtRh-Pt <1300⁰C

PtRh-Pt <1400⁰C

c) stopy specjalne.

Ir-IrRh <2000⁰C

W-Ir <2200⁰C

W-Mo <2200⁰C

W-WRe <2300⁰C

C-W <2400⁰C

W-Mo-W <2600⁰C

C-SiC <2700⁰C

4. Stale i stopy z żelazem o specjalnych własnościach magnetycznych.

Pętla histerezy

u>>1

5. Magnetycznie twarde (Al., Ni, Co, Fe ) stopy hartowane, twarde dyspersyjne

• Naprężenia (zgniot, przemiana magnetyczna (?), procesy strzeżenia)

• Rozdrobnienie ziarn

• Rozpad roztworu stałego na mieszaninę faz lub jej uporządkowanie

• stale (C 0,95-1,05%; Mn 0,2-0,4%; Cr 3,5-10%; W 5-6%; Co 5,5-16,5%)

po hartowaniu min węglików + aust. sz.

Obróbka cieplna

- hartowanie 1050 (EH14) do 1250 (EM9K15M) - rozpad węglików

- hartowanie 810 - 1000ºC drobnopyłkowy martenzyt

- odpuszczenie 100 - 120ºC - usunięcie naprężeń hartowniczych

(magnesy dla prądów silnych i słabych, magnesy licznikowe, indukowane, profilowe)

2. stopy Al. - Ni - Co



Al. - Ni 25Ni - 12Al - 4Cu


Al - Ni - Co 12 12Ni - 10Al - 12Co - 4Cu



Al - Ni - Co 20 20 Ni - 8Al - 20 Co - 4Cu

Al - Ni - Co 30 18Ni - 7Al - 28Co - 4Cu

Z obróbki cieplnej w polu magnetycznym

Krystalizację kierunkową

Viallay - własności magnetyczne kontrolowane przez zgniot i obróbkę cieplną

Są to stopy twarde, kruche, nieprzerobione plastycznie i skrawaniem. Odlewnicze lub metodą proszkową.

6. Magnetycznie miękkie (C ≤ 0,02 %, P(?)≤ 0,015%, ζ(ro - chyba ma tak być ≤0,015%)

Własności magnetyczne stabilizuje Si (ok. 4%). Struktura gruboziarnista (gnioty kryt. + wyżarzanie w 1000 ºC + (? -nie wiem co to za skrót) redukujące. Dla przeciwdziałania kruchości w (? - nie wiem co to za skrót) dodaje się 0,1 % C + 1-3% Si.

W technice stosuje się :

Fe + 2,5-4,5% Si - izotropowe o teksturze Gossa

Fe 64Ni36 - o dużej przenikalności lub stałej przenikalności.


Fe50Ni50 - izotropowe o strukturze kostkowej




Ni78Fe22 - Feromdley


Ni79Fe16Mo - Seperpermdlay

Blachy, urządzenia transformujące.

7. Stale i stopy niemagnetyczne ( μ>1)

Zawierają dużą ilość Mn, Ni + Cr i Si np. G18H3, N13G5, N2 (pierścienie wirników, generatorów, sworznie do rdzeni, transformatorów, osłony komputerowe, elementy kineskopów).

Magnezy nowej generacji

Stal twarda -(BH) max ~3 kJm ^-3

Al. - Ni - Co - (BH) max ~ 90kJm^-3 (1950)

Y Ca₅ → SmCo (1983) BH(max) 280 kJm^-3 (drogie)

Nd₂Fe₁₄B (1986) HBmax >300 (tańsze) - tracą własności w temperaturze wyższej od pokojowej





Zastosowanie magnesów:

• Samochód - silniki, rozruszniki, wycieraczki, podnoszenie okien, wentylatory

• Dom - modelarstwo, video, zegary

• Elektronika, przyrządy

Stale o specjalnych właściwościach mechanicznych:

• Stal Hodfielda 11G12 C: Mn=1:10 (1-1,3%C)

950-1000°C/ powietrze→ austenit + węglik

950-1000°C/woda→ austenit

• Stal 55G15 - na pręty świdrowe z otworem (dla hutnictwa)

• Stale utwardzone dyspersyjne

Dobra odporność korozyjna, stabilna struktura i własności (<500°C), spawalność, tłoczność(odkształcalność) w przetwórstwie + spawalność (technologicznie).

Ad. BARTASA: Ni chuj nic nie jaże…tam gdzie są znaki zapytania to nie umiem rozszyfrować, jeśli ktoś ma ksero / orginał tej strony i rozszyfrował skrót, bardzo proszę o info.




V-VI

Statyczna proba rozciagania

Na jej podstawie wyznaczamy wlsanosci plastyczne i wytrzymałościowe

Polega na jednoosiowym rozciaganiu

Charakterystyczne wykresy rozciagania stali (sory nie mam już corela :])





• W jaki sposób pobieramy próbkę

• Jak ja przygotowujemy

NAPREZENIE

ξ= F/S₀ F- sila roziagajaca

S0 - przkroj początkowy probki

WYDŁUŻENIE WZGLĘDNE

ε =
Lu - dl. Po zerwaniu

Lo - dl poczatkowa

GRANICA PROPORCJONALNOŚCI

R_H =
,Mpa , ξ= ε*E E - modul Younga (sprezystosci podluznej)

E= 2,1 *10⁵ Mpa

GARANICA sPRĘŻYSTOŚCI

R_SP=
MPa ε_s =0,005- 0,01%

GRANICA PLASTYCZNOŚCI (UMOWNA)

Re
, Mpa ε₀= 0,2%

GRANICA WYTRZYMLAOSCI NA ROZCIAGANIE

R_m=


Z=
- PRZEWEZENIE

A=
- WYDLUZENIE

• Rzeczywisty wykre rozciagania stali niskostopowej

• Schemat blokowy maszyny wytrzymałościowej z napedem hydraulicznym

WARUNKI STATYCZNEJ PROBY ROZCIAGANIA

V_{odksztalcenie}< 30MPa/s lub 0,9% L₀/ min

Do R_H - granicy proporcjonalności

δ = E*ε PRAWO HOOKE'A

E-MODUL Younga (sprężystości podluznej)

WŁASNOŚCI WYTRZYMALOSCIOWE : R_M,R₀₂ lub R_e,R_Sp, E

WLASOSCI PLASTYCZNE MATERIALU : A, Z , U

A = ε_równomierne + ε_{nierównomierne}


ε_{nierównomierne} =

↑ ε_{nierównomierne}↓

DLA PROBEK NIEKOLOWYCH


→ d₀ 1.13
Z=
- PRZEWEZENIE

WPŁYW SZYBKOŚCI ODKSZTAŁCENIA NA PODWYŻSZENIE R₀₂ lub R_e








V - SZYBKOŚĆ ODKSZTALCENIA





VII-VIII

• Statyczna próba rozciągania:

Rc = Fm/So, Mpa

Szybkość < 10Mpa/s

E = F_H/Ac*So; Ac = ∆l/Lo Lo - wydłużenie wzgldne,

stosunek długości do średnicy: 1,5; 3; 10

• statyczna próba zginania

Zgięcie może być trój punktowe lub cztero.

Rg = Mg/Wg Mg - moment gnący,

Wg - wskaźnik przekroju przy zginaniu W = Wx/e


Mg = P*l/4 P - siła, l - długość belki









ściskanie







X x







e Rozciąganie

Wx = Ix/e - wskaźnik wytrzymałości na zginanie

Ix - moment bezwładności względem osi zginania,

Wx - wskaźnik wytrz. Na zginanie

e - odległość skrajna belki zginanej

szybkość < 5mm/min

Próbka płaska b - szerokość, h - wysokość Wg = bh²/6

• pomiar udarności: (próba udarności) metodą młota Charpyego

KC = K/So, I/cm² K - praca uderzenia

So - przekrój próbki w miejscu karbu,

Po odbiciu młotka strzałka wskazuje energię potrzebną do złamania próbki,

Udarność - odporność na obciążenia udarowe.

Mesnager - 213I/cm², Charpy U - 143I/cm2; Charpy V - 65I/cm2; DVM - 271I/cm²

Kryterium udarności (KC ≥35I/cm²)

Kryterium ciągliwości przełomu ( >50% powierzchni)

Kryterium plastyczności ( A>1%)

Postulaty materiałowe:

• przy średnich wymaganiach wytrzymałościowych stosuje się stan walcowany, kuty lub ciągniony,

• dla wyższych wymagań stosuje się stan ulepszony cieplnie,

• hartowność należy analizować na tle stanu naprężeń,

• należy uwzględnić kryteria ekonomiczne.

Pomiar twardości: P = cdⁿ⁽²⁾ - prawa Mayera

Metody statyczne - Brinell, Rockwell, Vickers

Wzory, parametry metod:

• siła w „N”, D oraz d w „mm”,

• siła w kG - kilogram siły

W Rockwell - są dwa obciążenia - wstepne i główne. Vickers na podstawie metody Brinella.

• Obróbka plastyczna na zimno:

Przy zgniocie wzrastają własności wytrzymałościowe, a maleją plastyczne.




IX-X


Badania własności zmęczeniowych

Naprężenie średnie Б_m = (Бmax+ Б min)/2

Naprężenie amplitudowe Бa= (Б max - Б min)/2

H= Бm / Бa - współczynnik stałości cyklu

R= Бmin/Бmax - współczynnik asymetrii cyklu

Żeby wyznaczyć wytrzymałość zmęczeniową, wyznacza się krzywą:




Zakłada się liczbę cykli:

Liczba cykli 10x10⁶ - dla stali

100x10⁶ - dla stopów nieżelaznych




Zgniot - całokształt zmian budowy krystalicznej metalu lub stopu oraz jego właściwości fizycznych wyniku odkształcenia plastycznego na zimno







XI-XII




Podczas obciążenia największe obciążenia występują na powierzchni...

Ze stosunków przekrojów można wyznaczyć liczbę bezpieczeństwa (badania na złomach zmęczeniowych)




• Jeżeli obciążenie jest małe to przełom zmęczeniowy jest duży a doraźny jest mały

• Przy dużym obciążeniu mniejszy jest przełom zmęczeniowy a większy doraźny

• Stosunek przełomu zmęczeniowego do doraźnego może być podstawa wyznaczania liczby bezpieczeństwa

Linie ekstruzji i intruzji- składają się na linie zmęczenia

HARTOWNOSC MATERIAŁU

Metoda doboru materiału pod względem dopasowania jego własności do stanu obciążenia

• Średnica krytyczna - jest największa średnica pręta hartującego się jeszcze na wskroś tj. według przyjętego kryterium struktury rdzenia (w rdzeniu 50% martenzytu) - jest zahartowany

• Współczynnik intensywności hartowania - określa nam szybkość odprowadzania ciepła podczas oziębiania hartowniczego przedmiotu

• Przekrój miarodajny - jest największym przekrojem kłowym w którym struktura wykazuje jednakowe własności ( twardość, wytrzymałość itp.)

• Przekrój równoważny - przekrój kołowy którego środek znajduje się identycznie jak środek przekroju zastępczego

• Hartowność- jest to zdolność do tworzenia struktury martezytycznej czyli utwardzania się w głąb materiału podczas oziębiania się z temp. Hartowania

O hartowności decydują:

• Skład chemia czy (im większe stężenie węgla i pierwiastków stopowych tym hartowność jest większa)

• Wielkość ziarna(stale gruboziarniste hartują się głębiej

• Szybkość oziębiania(im większa szybkość oziębiania tym hartowność większa)

• Jednorodności austenitu ( im wiesza jednorodność tym hartowność większa)

Metody oceny hartowności:

• Bain`a Grossmana (krzywych „U”)- próbki o rożnych średnicach dla każdego gatunku stali inne próbki. Nagrzewa się do temp. Austenitu i ochładza się od powierzchni mierzy się twardość

• Metoda Jaminy - wynik np. J₀ - 54- 4 54 twardość na głębokość 4 mmm

Pasma hartowności

Od największej wartości uzyskanej do najmniejszej

Reprezentacja wszystkich próbek z danego gatunku stali

XIII-XIV

Twardość materiału zależy od stężenia węgla, oraz ilości martenzytu, a ta zależy od rodzaju hartowania - czyli współczynnika odprowadzania ciepła.

Wielkość ziarna jest funkcją temperatury (i czasu )austenityzacji.

Idealna śr. Krytyczna podstawowa

- śr. Minimalna fla której uzyskuje się 50% martenzytu.

- funkcja stężenia węgla i wielkości ziarna.

• Idealna śr. Krytyczna stali stopowych - idealna śr. Krytyczna podstawowa




D_I = D_JC ∙ k₁ ∙ k₂ ∙ k₃ ∙ k₄ ∙ _… ∙ k_n

Przykład:

Dobrać gatunek stali na wałek o średnicy 40mm w stanie ulepszonym cieplnie R_0,2 ≥ 760 MPa w rdzeniu. Wałek posiada osadzenia.




1. Etap:

Bierzemy wykres z relacją pomiędzy twardością, a wytrzymałością materiału . Odczytuje się twardość dla Ra 760 ≥ MPa wybiera się dolną granice i mamy : 28 HRC.

Twardość po hartowaniu. 34 HRC z wykresu.

Kolejny wykres - stwierdzamy ile węgla musi być w tej stali.

Zdolność Hollanon - Joffe




M = T ( C+ lgτ )

T₁ = ( C + lgT₁)= T₂( C + lgT₃)

0,25% C jest min. dla 50% martenzytu.

Następnie z pasma hartowności odległości od czoła, biedze się karty materiałowe i odczytuje się jaka jest stal dla której odległość od czoła wynosi 10mm i twardość 38HRC. Stal 30 H.

• Naprężenia cieplne:


współrzędne punktu w strukturze


T = f (x,y,z,τ) czas

1) T ≠ f(τ) - pole ustalone

2) T = f(τ) - pole nieustalone

Prawo Fouriera - mówi o szybkości odprowadzania ciepła.

q = -C grad T [kcal / m²∙h]




q = -λ - kula, walec o średnicy D = 2K

Po scałkowaniu równania







T = Vτ - (R²-r²) a = - współczynnik przewodności temperaturowej

λ - Współczynnik przewodności ciepła

r = f(T, τ) - chwilowy promień γ - masa właściwa

R - promień wsadu

V - szybkość nagrzewania








XV-XVI

Naprężenia cieplne




1. 
   - pole ustalone

2. 
   - pole nieustalone

Prawo Fouriera





q -strumień ciepła; zależy od gradientu temperatury i współczynnika


-kula o średnicy D=2K

Po scałkowaniu równania


-gradient temperatury


-szybkość nagrzewania

Ekstremalnie


-naprężenia







-współczynnik rozszerzalności cieplnej (liniowy)


-moduł Younga


-współczynnik promieniowania


-temperatura pieca









-współczynniki przewodnictwa

Naprężenia hartownicze

- cieplne (5,71) - związane z różnicą temperatur na przekroju przedmiotu

- strukturalne (5,71) - związane z przemianami strukturalnymi, zmianą stężenia pierwiastków, z przemianami fazowymi


5.71, 5.72

Czynniki:

- skład stali C, pierwiastki stopowe
,


(Nagrzewanie konwencjonalne lub udarowe, indukcyjne. Przy wyżarzaniu jest wolne chłodzenie.)

-
-temperatura hartowania

-
-szybkość chłodzenia

-
-grubość ziarna (im grubsze ziarno tym naprężenia większe)

Różnica
temperatury między powierzchnią (pierścieniem) a rdzeniem wywołuje naprężenia. W rdzeniu są naprężenia ściskające. Rdzeń wywołuje naprężenia rozciągające.

Układy klasyfikacyjne

Przykładowe kryteria klasyfikacji stali.

Kryteria podziału	Przykładowe rodzaje i grupy stali
Skład chemiczny	niestopowa (węglowa) , stopowe
Podstawowe zastosowanie	konstrukcyjne, narzędziowe, o szczególnych własnościach
Jakość (m.in. stężenie S i P)	jakościowa i specjalna
Sposób wytwarzania	martenowska, elektryczna, konwektorowa i inne
Sposób odtleniania	uspokojona, półspokojna, nieuspokojona
Rodzaj produktów	blachy, pręty, druty, rury, odkuwki itp.
Postać	lana, kuta, walcowana na gorąco, walcowana na zimno, ciągana
Stan kwalifikacyjny	surowy, wyżarzony normalizująco, ulepszony cieplnie i inne

stal - plastycznie i cieplnie obrobiony stop żelaza z węglem (<2%) i innymi pierwiastkami otrzymany w procesach stalewniczych ze stanu ciekłego.

XVII-XVIII

Ze względu na skład chemiczny:

1. Wg. zawartości pierwiastków

• Niestopowe (węglowe)

Mn≤1,65%, Si≤0,5%, Cu, Pb≤0,4%, Ni, Cr≤0,3%

Al., Bi, Co, Se, Te, V, W≤0,1% lantanowce, Ti≤0,05%, Mn≤0.08%, Nb≤0,06

• Stopowe

- niskostopowe -1 pierwiastek≤2% reszta P≤3,5%

-średniostopowe - 1 pierwiastek≤8% (2-8%), reszta≤12%

-wysokostopowe - 1 pierwiastek ≤8% reszta ≤55%

2. Wg. stopnia odtlenienia

- stal uspokojona

- stal półspokojna

- stal nieuspokojona

Uspokojenie - w stali występują tlenki redukujące się postać tlenkową na czyste żelazo. Można zlikwidować ten związek pierwiastkami.

Stale nieuspokojone są podatniejsze na odkształcenia, mniej wytrzymałe. Tlenki są w postaci pęcherzyków, które są tak na prawde drobnymi szczelinami i pęknięciami.

Przy stali uspokojonej jest jama skurczowa, jest głowa wlewka, ślepa wlewka. Są wadliwe na końcówkach. Są metody ciągłego odlewania, gdzie nie ma jam skurczowych.

Stale konstrukcyjne stopowe

Wpływ dodatków stopowych:

- umocnienie ferrytu pierwiastkami stopowymi

- umocnienie ferrytu przez wydzielenie faz dyspersyjnych (węgliki, azotki, borki)

- rozdrobnienie ziarna, produktów przemiany austenitu przechłodzonego

-opóźnienie procesów odpuszczania.

(7.52-7.60)

Dolna granica plastyczności δ= δ­_o+kd^-1/2 - Holl-Petch

δ­_o - naprężenie tarcia sieci swobodnych dyslokacji

k - stała (współczynnik blokowania dyslokacji)

d- średnica ziarn

Regulacje struktury:

1. Składem chemicznym stali

2. Modyfikacją wtrąceń niemetalicznych

3. Regulowane walcowanie (hamowanie rozrostu ziarn)

-temp. Walcowania

-wielkość gniotu, ilość przepustów

-wydzieleniami

-regulowane chłodzenie po walcowaniu

4.Obróbka cieplna (stale bainityczne), (ulepszenie cieplne, przesycanie)

Wpływ pierwiastków stopowych na właściwości stali:

- pierwiastki ferrytotwórcze (Si, Al., Br, Cr, W, Mo, Sb, V, Ti) podwyższa temp. Ac1

- pierwiastki austenitotwórcze (Mn, Ni, Pb)- obniżają temp Ac1, zmieniają charakterystyczne punkty.

XIX-XX

Wszystkie pierwiastki stopowe oprócz kobaltu przesuwają linię przemian od osi temp (CTP - linie) Zmniejszają szybkość krytyczną chłodzenia.

Im mniejsza szybkośc chłodzenia tym mniejsze naprężenia.

Stale:

• perlityczne

• bainityczne

• martenzytyczne

Chłodzenie w powietrzu (wyżarzanie):

• podeutektoidalne

• eutektoidalne

• nadeutektoidalne

• ledeburytyczne

• ferrytyczne lub austenityczne

• dwufazowe:

• ferrytyczno - austenityczne

• ferrytyczno - martenzytyczne

XXI-XXIV

11. Azot

- w ilości 0,15 - 0,20% tworzy azotki chromu - działanie szkodliwe

- czym więcej azotu tym mniejsza odporność na korozję naprężeniową

12. Bar

- 0,003% zwiększa odporność na działanie wody morskiej o 20%

- poniżej 0,007% (pasywacja) zwiększa się odporność na korozję ogólną i międzykrystaliczną

13. Wanad

- nieznacznie zwiększa odporność na korozję

14. Glin

- ujemny wpływ

Inne: Kobalt, Ołów, Tantal, Cynk, Wolfram, Cyrkon - w stalach odpornych na korozję, austenitycznych - wpływ obojętny

Ag i Re - sprzyjają pasywacji, zmniejszają odporność na korozję Se i Te.

Wszystkie pierwiastki z grupy „inne” - w stalach o małej i średniej zawartości pierwiastków stopowych - wpływ nie jest znany.

Wykład 29.04.2005r.

-ekspansja sieci - zwiększenie parametru

-kontrakcja sieci - zmniejszenie parametru

Pierwiastki stopowe mogą być dodawane gdy zastosuje się odpowiednią obróbkę cieplną.

W stali występują węgliki, azotki, borki. Oddziaływują bardzo silnie. Rozpuszczają się w sieci, lub łączą się z pierwiastkiem i tworzą fazy międzywęzłowe. Tworzą odmienny typ sieci. Powodują stan naprężenia i wzmocnienia stali. Hartuje się później odpuszcza i wydziela się węgliki, wzrastają niektóre właściwości, a twardość spada.

Im większy okres tym większa zdolność węglikotwórcza. Im mniejsza grupa tym większa zdolność węglikotwórcza. Węgliki pierwotne wydzielają się w stanie krzepnięcia.

Pierwiastki stopowe wpływają na rodzaj węglików. Wpływają również na opóźnienia procesów odpuszczania. Po hartowaniu musi być odpuszczanie aby wyeliminować naprężenie hartownicze.

Może nastąpić wzrost twardości po odpuszczeniu - twardość wtórna - powodują to niektóre pierwiastki stopowe.

Ze względu na skład chemiczny:

- stale stopowe

- stale nierdzewne zawierające 10,5%Cr i ≤ 1,2%C

- stale stopowe

Stale niestopowe:

1. Stale jakościowe - określa się wymagania dotyczące: ciągliwości, podatności na obróbkę plastyczną, wielkości ziarna.

2. Stale specjalne (czystsze od jakościowych) przeznaczone do ulepszenia cieplnego lub hartowania powierzchniowego. Spełniają jeden lub więcej warunków:

- wymagana udarność w stanie ulepszonym cieplnie,

- wymagana głębokość utwardzenia powierzchniowego lub twardość powierzchni po hartowaniu,

- niski udział wtrąceń niemetalicznych,

- maksymalne stężenie fosforu i siarki ≤ 0,020% dla analizy wytopowej i ≤ 0,025% dla analizy kontrolnej,

- minimalna udarność w -50⁰ C: KV > 27 J określona na próbkach wzdłużnych lub ≥ 16 J,

- na próbkach poprzecznych,

- przewodność elektryczna właściwa > 9 Sm/mm²

Stale stopowe ze względu na główne pierwiastki stopowe:

-manganowe

-krzemowe

-chromowe

-chromowo - niklowo - molibdenowe

-chromowo - niklowe itd.

Ze względu na jakość, właściwości, zastosowanie:

1. Stale jakościowe (nie są przeznaczone do ulepszania cieplnego lub hartowania powierzchniowego). Dzielą się na:

- stale konstrukcyjne drobnoziarniste spawane (zbiorniki, rurociągi pracujące pod ciśnieniem)

- stale stopowe na szyny, grodzie, kształtowniki, na odlewy górnicze

- stale stopowe na produkty gładkie: walcowane na zimno lub na gorąco, przeznaczone do dalszej obróbki plastycznej na zimno.

-stale elektrotechniczne

- stale stopowe z miedzią

STALE SPACJALNE:

- maszynowe

- na urządzenia ciśnieniowe

- konstrukcyjne

- szybkotnące

- narzędzia stopowe

- na łożyska toczne

- szczególnych własnościach fizycznych

Oznaczenie stali.

Na początku stężenie węgla C35 - niestopowa 0,35%C, jeżeli w tej stali mamy powyżej 1%> jakiegoś pierwiastka np. Mn to C się już nie pisze.

X - stale stopowe, później wymienia się pierwiastki

HS - szybkotnące

Własności mechaniczne:

S - stale konstrukcyjne

E - maszynowe

P - na narzędzia ciśnieniowe

H - produkty płaskie walcowane na zimno itp.

Do stali musi być wydany przez hutę atest, w którym są zawarte własności i skład.

GRUPY STALI:

Stale spawalne o podwyższonej wytrzymałości

90% konstrukcji jest spawalna

1. Niskostopowe (0,20%C) - ferytyczno - perlityczne (corten) <0,04%Al, 0,15%V, 0,09%Ti, 0,05%Nb, 0,15%W stan: regulowane walcowanie lub normalizowanie R_0,2 380-490 MPa

2. Bainityczne (Fortiweld)
   0,15%C, 0,6%Mn, 0,5%Mo, 0,003B, R_0,2 490 - 690MPa

3. Ulepszane cieplne - sorbityczne 0,15%C, 0,8%Mn, 0,8%Ni, R_0,2 = 690-700 MPa

• EFEKTY:

• Zmniejszenie zużycia stali,

• Mniejsze zużycie energii do wytworzenia produktu finalnego

• Ograniczenie drogich i deficytowych pierwiastków stopowych oraz obróbki cieplnej

• Zmniejszenie pracochłonności na jednostkę wyrobu

• Zmniejszenie degradacji środowiska

• MATERIAŁY SPAWALNE DZIELĄ SIĘ NA:

• Łatwo spawalne - po spawaniu nie ma podhartowania bez zabiegów przed i po spawania +>5^oC, g < 40mm

• Średnio spawalne - większe elektrody, większe J, mniejsze U_sp lub podgrzewanie elementów łącznych

• Trudno spawalne - uwarunkowanie jak do średnio spawalnych i dodatkowa obróbka cieplna po spawaniu

• Nie spawalne.

• PRZY OKREŚLENIU SPAWALNOŚCI WYRÓŻNIA SIĘ PONADTO:

• Spawalność technologiczną (Tsp, metoda, technika itp.)

• Spawalność konstrukcyjna (sztywność konstrukcji, rodzaj konstrukcji, wielkość spoin itp.)

C_E = C + M/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (N+Cu)/15 % C_E < 0,40%

C_E - stężenie zastępcze

HV_min = 1200 - C_E - 260 HV_max = 1200C_E - 200 <350 MPa

Do oceny jakości złącz spawanych wprowadzono 30 rodzajów prób, które określają odporność stali na kruche pękanie i wrażliwość na pękanie na zimno i na gorąco




XXV-XXVI

Rz ႽၴႽT - czasowa wytrzymałość na pełzanie (100 000h)-wartość naprężenia przy którym po upływie określonego czasu w danej temperaturze następuje zerwanie próbki

RxႽၴႽT - czasowa granica pełzania (10 000h) - wartość naprężenia , które po upływie określonego czasu w danej temperaturze powoduje odkształcenie o określonej wielkości (odpowiednik granicy plastyczności)

1.Stale ulepszone cieplnie:

a)ferrytyczno - perlityczne -- 0,1-0,2%C

b)perlityczne \

c)bainityczne / ------- 0,2-0,3%C

d)martenzytyczne ---0,3-0,45%C

ၦ- temperatura pracy 350-575ႰC

d- 600-900ႰC

a \

b }Ⴎ blachy kotłowe ,elementy turbin ,rury podgzrewane

c /

d ---- zawory silników

2.Stale ferrytyczne

- 850-950ႰC H652 , 2M17

-do 1050ႰC H18JS

-do 1200ႰC H24JS

3.Stale austenityczne

14%Cr , 14%Ni 18%Cr , 8%Ni 23%Cr , 18%Ni 25%Cr , 20%Ni

<900ႰC <900ႰC <1100ႰC <1200ႰC

<700ႰC <900Ⴐ

4.Nadstopy

nimonic - 0,1%C do 80%Ni do 20%Cr + 3%Ti + 1,5%Al.

vitolium - 0,1%C do 65%Co do 27%Cr + 3%Ni + 5%Mo + N , Tg


wprowadzenie do stali dodatków Ti , Nb , %Ti Ⴓ 4%C , %Nb Ⴓ 8%C

stale Cr-Ni-Mn

OH17N4G8 , 1H17N4G9 , H13N4G9

5.Stale Meraging (martenzytyczne starzejące się) (str.25)

1)Stale o Ms>Totocz.—(temp otoczenia) ----martenzytyczne

0,04%C , 0,25%Mn , 0,60%Si , 16%Cr , 10%Ni , 40%Ni , 3,2%...(brak niestety pierwiastka na kserówce:P)

a)Hartowanie: 1000-1050ႰC / olej --- powietrze

austenit

Rm-1100Mpa Re-700Mpa A5-13%

b)Starzenie : 450-550ႰC /4h

austenit wydzieleniowy

Rm-1400Mpa Re-1200Mpa A5-35%

2) Stale Ms<Totocz. 0ႰC

0,07%C , 0,6%Mn , 0,4%Si ,17%Cr , 7%Ni , 1,1%Al.

a)Hartowanie: 1050-1100ႰC /powietrze

austenit

Rm-1000MPa Re-400Mpa A5-35%

b) Wymrażanie do 75ႰC

martenzyt Rm-1400MPa Re-1250MPa A5- 10%

c)Starzenie

martenzyt + wydzielenia

Rm-1600MPa Re---1500MPa A5—6%

Materiały żarowytrzymałe i żaroodporne

Materiał w podwyższonej temp. pełza

Przy obciążeniu wydłuża się

*wzrost żarowytrzymałości

-umocnienie przez zgniot

-zmiana struktury roztworu stałego (Tr.ferr.<Tr.aust.)

-wzrost wielkości ziarna

-umocnienie roztworu pierwiastkami stopowymi (Mo,Co,W,V,Ti,Cr,Si)

-wydzielenie faz o danej dyspersji

3 stadia pełzania:

I-----


II----


III----








XXVII-XXVIII

Miedź zmniejsza ubytki o 20% w ciągu pierwszych 5 lat 0,35-0,40% ubytki 40-50% w dalszym okresie

Cr- dopiero przy6 stężeniu 1%

3-4% Cr zmniejsza ubytki o 60-70%

Stale nierdzewne ( o zawartości Cr 12-13%)

- niskowęglowe < 0,15%C- OH13, OH13> TH13

Wykładziny zbiorników zwykłych i ciśnieniowych, przemysł naftowy, koksownie, łopatki turbin pasowych i wodnych.

- średniowęglowe 0,15%-<C<0,35%

Wały, śróby, części pomp, formy do odlewów pod ciśnieniem

200-300˚C narzędzia tnące

350- 400˚C sprężyny

600-700˚C części o wysokiej wytrzymałości i ciągliwości

- węglowe >0,35%C 4H13

Części odporne na ścieranie i korozję np. narzędzia skrawające, łożyska kulkowe

Stale nierdzewne (12-13%Cr) powinny spełniać następujące warunki:

- możliwie duża odporność na odpuszczanie (opóźniają proces odpuszczania)

- brak w strukturze ferrytu δ

- temperatura Ms powyżej temperatury pokojowej

- względnie wysoka temperatura A_c1

3. Stale kwasoodporne

- ferrytyczne stale wysokochromowe (17-27% Cr dodatki Al., Mo,Ni, Ti) H17T przemysł chemiczny, spożywczy

H18 części odporne na ścieranie i korozję

Po dodaniu Si i Al. Jako materiał o dużej żaroodporności,

- stale kwasoodporne z kontrolowaną przemianą (17%Cr, 4% Ni) Temperatura M_s poniżej temperatury pokojowej.

- austenityczne stale kwasoodporne (18% Cr, 8% Ni, 0.1%C) 1H18N9, 1H18N9T

Własności stali w stanie przesyconym Rm~590MPa, Re~240MPa,As~40%,Z~55%,HB150

W zakresie temperatur od 500- 650˚C może dojść do wydzielenia z przesyconego roztworu węglika Cr co sprzyja rozwojowi korozji międzykrystalicznej.

· zmniejszenie skłonności do korozji międzykrystalicznej zmniejszenie zawartości węgla

STALE NIERDZEWNE I SPECJALNE

Materiały kwaso-zasado odporne, żaroodporne (stal kwasoodporna jest zawsze żaroodporna)

Korozja:

- w środowisku wilgotnym

- mechanizm elektrochemiczny

- …

Warstewka pasywacji blokuje korozję materiału ( uodpornienie) na korozję

Stale nierdzewne dzielą się na :

- zawierające ≥2,5% Ni

- <2,5% Ni

Oraz na:

- odporne na korozję

- żaroodporne - odporne na korozję elektrochemiczną w wysokiej temperaturze

- żarowytrzymałe - zachowuje własności mechaniczne w podwyższonej temperaturze

· Stale Specjalne

Odporne na korozję

1. trudno rdzewiejące ( atmosfera przemysłowa, morska)

2. nierdzewne ( atmosferyczne, wody naturalne, para wodna, roztwór alkaiczny, nierozcieńczone kwasy organiczne, gorąca para ropy naftowej)

3. kwasoodporne

· Grupy Stali odpornych na korozję:

- niskostopowa(Cr, Cu, Al., Ni, P )

- martenzytyczne stale chromowe (12-17% Cr, 0.1-1%C)

- chromowe z tzw. Kontrolowaną przemianą (14-17% Cr + %Ni)

- wysokochromowe stale ferrytyczne (15-30% Cr, bardzo mało C, dodatki Mo, Nb, Ti)

- austenityczne (18-25% Cr, 8-20% Ni)

· Stale nierdzewne i kwasoodporne

1. Stale trudno rdzewiejące

1. żelazo Armco (Σ zanieczyszczeń <0.1%)

2. stale do atmosfery przemysłowej(P-Cu, Cr-Cu, Ni-Cu)

3. stale do atmosfery morskiej (Cr-Al., Cr-Al.-Ni)

27

Wykresy z książki

Wytrzymałość zmęczeniowa Rz

Krzywa Wohlera

Liczba cykli

naprężenie

Б_a

Czas , t

naprężenie

BHmax

100

2000

- Duża przenikalność początkowa

- maks. Stała stała przenikalność

- prostokątne pętle

Materiały izotropowe













---