STOPY ŻELAZA

STOPY ŻELAZAKlasyfikacja

STOPY ŻELAZADefinicje

Stal – stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi, zawierający do ok. 2 % węgla, otrzymany w procesach stalowniczych, przeznaczony na półwyroby i wyroby przerabiane plastycznie.

Stal węglowa (niestopowa) – stal niezawierająca specjalnie wprowadzonych dodatków stopowych, jedynie węgiel i ograniczoną ilość pierwiastków pochodzących z rudy i procesu hutniczego.

Stal stopowa – stal zawierająca pierwiastki stopowe, wprowadzone w celu zmiany właściwości w określonym kierunku.

Staliwo - stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi, zawierający do ok. 2 % węgla, otrzymany w procesach stalowniczych, przeznaczony na odlewy.

STALE NIESTOPOWEWpływ węgla na mikrostrukturę stali

STALE NIESTOPOWEWpływ węgla na właściwości mechaniczne stali

STALE NIESTOPOWEPodział

W zależności od zastosowania: Konstrukcyjne (do ok. 0,85%C) Narzędziowe (0,6-1,3%C) O szczególnych właściwościach

W zależności od zawartości zanieczyszczeń (siarki i fosforu): Zwykłej jakości, P = 0,050% masy max., S = 0,050% masy

max. Wyższej jakości, P = 0,040% masy max., S = 0,040% masy

max. O określonym przeznaczeniu, w którym dopuszczalne

zawartości zanieczyszczeń określają normy

STALE NIESTOPOWEWielkość ziarna w stali

Wielkość ziarna ma duży wpływ na właściwości mechaniczne. Duże ziarno obniża właściwości mechaniczne, zwłaszcza udarność i granicę plastyczności.

STALE NIESTOPOWEWyżarzanie

STALE NIESTOPOWEWyżarzanie normalizujące (normalizacja)

Parametry: 30-50ºC powyżej A1 lub Acm, 1-2 min./mm2 przekoju, studzenie w spokojnym powietrzu.

Mikrostruktura po wyżarzaniu: drobnoziarnista, jednakowa na przekroju.

Właściwości mechaniczne po wyżarzaniu: wyraźnie wyższa granica plastyczności i udarność, niewielki wzrost pozostałych właściwości.

Cel: Usunięcie skutków przegrzania, Ujednorodnienie struktury wyrobów hutniczych, Ujednorodnienie struktury w wyrobach spawanych, Zapewnienie powtarzalności wyników obróbki cieplnej w

produkcji seryjnej poprzez nadanie jednolitej struktury wyjściowej.

STALE NIESTOPOWEWyżarzanie normalizujące (normalizacja)

Acm

A1

STALE NIESTOPOWEWyżarzanie rekrystalizujące – usunięcie skutków zgniotu na zimnoWyżarzanie odprężające – zmniejszenie naprężeń własnych wyrobu

STALE NIESTOPOWE Hartowanie i odpuszczanie

Hartowanie polega na nagrzaniu stali do temperatur występowania austenitu, wygrzaniu i szybkim chłodzeniu (w wodzie).

Przemiana austenit perlit przy szybkim chłodzeniu zostaje zahamowana; ma miejsce tylko przemiana alotropowa γ α, a całość węgla rozpuszczonego w austenicie pozostaje w sieci ferrytu. Powstaje martenzyt – przesycony roztwór węgla w

Fe α.Pasmo prawidłowych temperatur hartowania i nieprawidłowe

temperatury T1-T10

STALE NIESTOPOWE Hartowanie i odpuszczanie

Efektem zniekształcenia sieci Fe α są naprężenia wewnętrzne powodujące bardzo dużą twardość, wytrzymałość i niską plastyczność martenzytu.

STALE NIESTOPOWE Hartowanie i odpuszczanie

Po hartowaniu stosuje sięzawsze odpuszczanie, czylinagrzanie stali do temperaturniższych od temperaturywystępowanie austenitu,wygrzaniu i chłodzeniu wspokojnym powietrzu.

Wpływ temperaturyodpuszczania na właściwości zahartowanej stali z 0,4% C

STALE NIESTOPOWE Hartowanie i odpuszczanie

Odpuszczanie przeprowadza się w celu: Usunięcia naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu jak

najwyższej twardości i odporności na ścieranie (150-250C). Jest to odpuszczanie niskie, które stosuje się do narzędzi.

Uzyskania jak największej granicy sprężystości przy względnie dobrej plastyczności (250-500C). Jest to odpuszczanie średnie, które stosuje się do sprężyn i resorów.

Uzyskania optymalnego zespołu właściwości mechanicznych: wysokiej wytrzymałości i plastyczności (500-650C). Jest to odpuszczanie wysokie, któremu poddaje się stale konstrukcyjne o zawartości 0,25-0,45% C, z których wytwarza się części maszyn takie jak: sworznie, tuleje, wały korbowe, sprzęgła, osie. Hartowanie i wysokie odpuszczanie nazywa się ulepszaniem cieplnym.

STALE NIESTOPOWE Hartowanie powierzchniowe

W wypadku części maszyn podlegających obciążeniom dynamicznym, takich jak: walce hutnicze i papiernicze, koła kolejowe, kowadła, małe matryce, bijaki młotów mechanicznych, większą trwałość zapewnia duża twardość i odporność na ścieranie tylko warstwy wierzchniej elementu przy rdzeniu mniej twardym i wytrzymałym, ale bardziej ciągliwym. Takie właściwości zapewnia hartowanie powierzchniowe.

Zasadniczym warunkiem hartowania powierzchniowego jest szybkie intensywne nagrzewanie. Ilość energii cieplnej doprowadzana w jednostce czasu musi być dużo większa od ilości, jaka może przenikać w głąb elementu. Również chłodzenie musi być dostatecznie intensywne, aby przeważająca ilość ciepła zgromadzona w warstwie wierzchniej została odprowadzona przez ośrodek chłodzący.

Orientacyjne właściwości: np. w wypadku stali z 0,4 % C twardość powierzchni i rdzenia: 500 HB i 180HB, głębokość warstwy zahartowanej: 2 mm.

STALE NIESTOPOWE Hartowanie powierzchniowe

HARTOWNOŚĆ

Hartowność – zdolność stali do hartowania; zależy głównie od składu chemicznego stali. Im więcej węgla zawiera stal, tym większa jest jej hartowność. Hartowność zwiększają pierwiastki stopowe: Ni, Cr, Mn, Mo.

Miara hartowności – głębokość warstwy zahartowanej.

STALE NIESTOPOWE konstrukcyjne

Stale konstrukcyjne – stosowane w budownictwie oraz budowie urządzeń i maszyn pracujących w środowiskach mało agresywnych.

Obliczenia konstrukcyjne bazują na granicy plastyczności. Im większa jest zawartość C, tym większa jest granica plastyczności i zdolność stali do przenoszenia obciążeń.

Zastosowanie zależne od zawartości C:

0,10% blachy do głębokiego tłoczenia (np. karoseryjne)

0,20% części rowerowe, rurociągi

0,20-0,35 konstrukcje mostów, zbiorników, budynków

0,25-0,45 części maszyn w stanie normalizowanym lub ulepszonym

cieplnie, np. sworznie, tuleje, wały korbowe, sprzęgła, osie

0,55-0,65 części maszyn o dużej odporności na ścieranie, np. ślimaki

i koła zębate hartowane powierzchniowo lub ulepszane

cieplnie

STALE NIESTOPOWE narzędziowe

Stale narzędziowe – przeznaczone do wyrobu narzędzi do kształtowania i dzielenia materiałów, zwykle w temperaturze pokojowej lub do 250ºC.

Wymagane cechy: twardość i odporność na ścieranie

Obróbka cieplna: hartowanie i niskie odpuszczanie

Zawartość C: większa niż w stalach konstrukcyjnych

Zastosowanie zależne od zawartości C:

0,6% siekiery, narzędzia ślusarskie, murarskie, szewskie

0,7% młotki, śrubokręty, narzędzia kowalskie

>0,9% noże do cięcia blach, piły, wiertła, narzędzia grawerskie, pilniki, igły, brzytwy, narzędzia do obróbki kamienia

STALE STOPOWEPodział

W zależności od zastosowania: Konstrukcyjne Narzędziowe O szczególnych właściwościach

STALE STOPOWEkonstrukcyjne

Większość stali – to stale niskostopowe, zawierające do ok. 5% pierwiastków stopowych.

Stale stosuje się zawsze w stanie obrobionym cieplnie, często hartowanym i odpuszczonym.

Pierwiastki stopowe zwiększają hartowność stali, co pozwala na stosowanie łagodniejszych, bardziej korzystnych ośrodków chłodzących (mniejsze naprężenia).

Grupy stali, np.: do ulepszania cieplnego (Cr, Ni, Mn), sprężynowe (Si), na łożyska toczne (Cr i C=1%)

Obliczenia konstrukcyjne bazują na granicy plastyczności. Stale stopowe maja wyższą granicę plastyczności niż niestopowe, co pozwala na wykonanie lżejszych konstrukcji i oszczędność materiału.

STALE STOPOWEnarzędziowe

Przeznaczone na narzędzia:Do pracy na zimno (< 250°C)Do pracy na gorąco (<600°C)Skrawające z dużą szybkością przy temperaturze <650°CSkład chemiczny stali: C 0,2 – 1,4%Cr 12% max. W 18% max.Co 10% max.Mo 10% max.V 4% max.Pierwiastki stopowe zapewniają dużą hartowność, dużą twardość

i zachowanie dużej twardości podczas pracy w podwyższonej temperaturze.

STALE STOPOWEo szczególnych właściwościach

Stale odporne na korozjęZawartość Cr > 13%. Przytakiej zawartości Cr napowierzchni stali powstajewarstwa pasywna, zbudowana z tlenków Cr i Fe, o zwartej budowie, spójna z podłożem, odnawiająca się, chroniącametal przed korozją, tak jak np. powłoka malarska

STALE STOPOWEo szczególnych właściwościach

Skład chemiczny:C 0,03 – 0,4%Cr 13 – 30%Ni 0 – 30%Stale kwasoodporne:Przy dużej zawartości Cr i Ni, np. 18% Cr i 9% Ni stale mają

strukturę austenitu stopowego o dużej odporności na działanie kwasów nieorganicznych i organicznych.

Zastosowanie:Narzędzia chirurgiczne, pomiarowe, części maszyn i urządzeń w

przemyśle chemicznym, spożywczym, rafineryjnym, petrochemicznym, papierniczym, sprzęt w gospodarstwach domowych.