176 3

pękania) oraz całka Rice'a (dla zakresu liniowo-sprężystej i nieliniowej mechaniki pękania),

-    hartowność.

W doborze gatunków stali na określone wyroby obowiązują ogólnie stosowane zalecenia. Stale konstrukcyjne węglowe zaleca się stosować w stanie surowym lub normalizowanym na mało obciążone elementy konstrukcyjne, którym nie stawia się wygórowanych wymagań wytrzymałościowych. Elementy konstrukcyjne podlegające spawaniu, dla których eksponuje się kryteria obniżonej masy i większych wskaźników użytkowych (konstrukcje budowlane, mosty,statki, zbiorniki i rury ciśnieniowe),powinny być wytwarzane ze stali niskostopowej o podwyższonej wytrzymałości (o strukturze fer-rytyczno-perlitycznej, bainitycznej lub sorbitycznej).

Stale konstrukcyjne stopowe stosuje się wówczas, gdy wymagane są duże wskaźniki wytrzymałościowe i ciągliwości lub też określone własności fizykochemiczne. Należy je stosować pod warunkiem przeprowadzenia właściwej dla ich składu chemicznego przeróbki plastycznej i obróbki cieplnej.

Elementy konstrukcyjne o skomplikowanych kształtach należy wykonać ze stali o większej hartowności, dla których uzyskuje się większe głębokości zahartowania lub też zalecane są mniejsze szybkości oziębiania po hartowaniu dla minimalizacji naprężeń hartowniczych. Ostateczna weryfikacja dokonanego wyboru gatunku stali dokonywana jest na gotowych elementach po wykonaniu serii próbnej i skontrolowaniu uzyskiwanego zespołu właściwości w wa-runakach technologii przemysłowej, niejednokrotnie odbiegających od laboratoryjnych.

Na bazie przedstawionych uogólnień przy wyborze stali konstrukcyjnej na określony wyrób prowadzimy:

-    analizę stanu naprężeń i odkształceń elementu,

-    analizę cech geometrycznych elementu,

-    ustalamy warunki procesu technologicznego, a w szczególności obróki kształtowania struktury finalnej wyrobu,

-    wariantowy i wstępny dobór stężenia węgla w stali z uwagi na stężenie pierwiastków stopowych, bazując na analizie cech geometrycznych wyrobu oraz ustalonego przy wyznaczaniu stanu na-

w

prężeń zespołu cech mechanicznych, a także przewidzianej dla wybranych na wstępie gatunków stali obróbki cieplnej,

-    ustalamy wymaganą hartowność dla wybranych wstępnie gatunków stali na podstawie wymaganego rozkładu twardości w przekroju miarodajnym dla wybranego sposobu hartowania,

-    wybór optymalnego gatunku stali na podstawie poziomu obróbki cieplnej (cech użytkowych wyrobu,cech technicznych technologii i cech ekonomicznych technologii),

-    określamy optymalne warianty obróbki cieplnej dla przyjętego gatunku stali i założonej technologii.

Proces wyboru gatunku stali jest więc wielowątkowy i wykorzystujemy w nim zakres wiedzy przedstawionej na wykładach z podstaw teoretycznych metaloznawstwa i obróbki cieplnej.

Przy doborze stali konstrukcyjnych jednym z podstawowych kryteriów jest hartowność. Pod tym pojęciem rozumie się podatność stali do utwardzania się w głąb przekroju pod wpływem hartowania. Miarą utwardzania się stali podczas hartowania jest niewątpliwie przyrost twardości zależny od jej składu chemicznego, warunków austenityzowania i szybkości oziębiania.

W stalach węglowych o uzyskanej po zahartowaniu twardości decyduje stężenie węgla oraz ilość austenitu szczątkowego, która z kolei jest funkcją warunków austenityzacji i szybkości oziębiania - rys.18.1.

W praktyce dla porównania hartowności różnych gatunków stali wykorzystuje się pojęcie średnicy krytycznej,która oznacza średnicę przekroju kołowego, dla którego po zahartowaniu w ośrodku o określonej zdolności oziębiania uzyskuje się w rdzeniu przynaj mniej 50% martenzytu. Wielkość średnicy krytycznej zależy w dużym stopniu od zdolności odprowadzania ciepła ośrodka oziębiającego H. Dla nieskończenie dużej szybkości oziębiania powierzchni przedmiotu hartowanego, a więc przy H = “>, średnica krytyczna nosi nazwę idealnej średnicy krytycznej D, przy równoczesnym założeniu 50% ilości martenzytu w środku przekroju.

343