1. Wykres fazowy Fe-Fe3C – opis fazowy i strukturalny
2. Stopy Fe – ogólny podział
Stopy Fe dzielimy na 2 grupy:
Stale i staliwa – do 2.11%C
Żeliwa i surówki – powyżej 2.11%C
3. Pierwiastki w stali (dodatki metalurgiczne, pierwiastki stopowe, zanieczyszczenia)
Pierwiastki w stali dzielimy na 3 grupy:
Domieszki zwykłe, konieczne ze względów metalurgicznych (Mn, Si, Al), dodawane w celu odtlenienia stali
Zanieczyszczenia (S, P, N, O, H)
Dodatki stopowe, wprowadzane celowo dla nadania określonych własności (Mn, Si, Cr, Mo, W, V, Cu, B)
Zanieczyszczenia
S – z koksu i rudy. Tworzy wtrącenia niemetaliczne
Górna zaw. do 0.05%. W stalach o dużej udarności <0.02%, w niektórych zastosowaniach do 0.002%
Siarka powoduje kruchość na gorąco, bo eutektyki siarczkowe mają temperaturę topnienia 988oC
Dla zapobieżenia kruchości dodaje się Mn, który tworzy trudno rozpuszczalny MnS
Wywołuje jednak anizotropię własności mechanicznych
Anizotropii zapobiega dodatek ziem rzadkich i Ca, Ti, Zr
S może być dodawana celowo do stali automatowych, do 0.35%
Stale automatowe mogą zawierać do 0.15%C, mogą zawierać do 0.15%P, nie więcej niż 1.2%Mn, mało Si i nie mogą być odtleniane Al
P – z rudy.
Zaw. ograniczona do 0.05%, bo powoduje kruchość na zimno, utwardza ferryt
W stalach wysokiej jakości – do 0.02%
Stosowany w niektórych stalach przeznaczonych na blachy oraz w stalach automatowych
Tlen – w postaci wtrąceń tlenkowych
Zmniejszają one udarność i ciągliwość
Azot – z powietrza. Występuje w wydzieleniach lub w roztworze
Korzystny wpływ na wielkość ziarna
W roztworze niepożądany, bo wywołuje starzenie po zgniocie
Dodawany w stalach odpornych na korozję i do narzędziowych
Wodór – szkodliwy. Dostaje się z pary wodnej. Na defektach struktury krystalicznej atomy łączą się w cząsteczki tworzące gaz o bardzo dużym ciśnieniu
Powoduje to tworzenie mikropęknięć (płatki) i kruchość stali
Zaw. W stali 2 do 8 ppm. Już 1 do 2 ppm powoduje wzrost kruchości
Aby zmniejszyć ilość stosuje się odgazowanie ciekłej stali w próżni lub jej powolne chłodzenie
Pierwiastki stopowe
Występują w stali w postaci, Tworzą węgliki i azotki, Tworzą fazy międzymetaliczne
Występują w stanie wolnym – fazy obce
W stanie stałym H, N, C, O, B –tworzą roztwory międzywęzłowe,
pozostałe - różnowęzłowe
Pierwiastki stopowe wpływają na zakres występowania pola austenitu
Pierwiastki obniżające A3 i podnoszące A4 – rozszerzają pole austenitu Ni, Mn, Co , C, N, Cu
Pierwiastki podnoszące A3 i obniżające A4 – wykres z zamkniętym lub zwężonym polem austenitu większość pierwiastków Al., Si, P, Cr, Mo, W, Ti, V oraz B, S, Zr i Nb, Ta
4. Wpływ pierwiastków na własności mechaniczne
Wpływ pierwiastków na własności
Węgiel – zawsze obecny w stali podnosi własności wytrzymałościowe, obniża ciągliwość i spawalność
Ograniczeniem większego zastosowania stali niestopowych jest ich mała hartowność i szybkie mięknięcie ze wzrostem T
Mn –
do 0.8% dodawany w celu odtlenienia stali lub związania S
W ilościach 1-1.5% - w celu umocnienia roztworowego, zwiększenia hartownośći
Si
– do 0.5% - jako odtleniacz
0.5-1% - dla umocnienia ferrytu
0.5-4.5% - zwiększenie oporu elektrycznego i zmniejszenia stratności stali magnetycznie miękkich
Zwiększa żaroodporność stali
stabilizuje ferryt, pow. 3% ferryt stabilny do temperatury solidusu
Ni –
0.5-1% wzrost hartowności stali
3-9% dla obniżenia temperatury przejścia w stan kruchy
>8% stabilizuje g w stalach odpornych na korozję i żaroodpornych
Cr
0.2-2% - zwiększenie hartowności
Przy większych ilościach – węgliki zwiększające odporność na ścieranie
>10.5% wzrost odporności na korozję, oraz utlenianie
Podstawowy pierwiastek w stalach odpornych na korozję, żaroodpornych i żarowytrzymałych
Mo
Do 2.5% - wzrost hartowności i uzyskanie twardości wtórnej
odporności na ścieranie dzięki węglikowi M6C
Zwiększa odporność na korozję w obecności Cl- i opóźnienie mięknięcia przy wzroście T
W
Tworzenie węglików M6C zapewniających wzrost odporności na ścieranie
W2C powoduje twardość wtórną
V
Do 0.2% - wzrost hartowności i rozdrobnienie ziarna
Większe ilości – wzrost odporności na ścieranie
Cu
0.2-0.5% - zwiększa odporność na korozję atmosferyczną
Dodatki 1-1.5% dla uzyskania efektu umocnienia wydzieleniowego
B
0.0003-0.003% - poprawa hartowności
5. Podział stali ze względu na mikrostrukturę w stanie wyżarzonym
6. Żeliwa – ogólna charakterystyka
Żeliwa Stopy odlewnicze zaw.>2.11%C oraz pierwiastki (Si, Mn, P i S) nazywamy żeliwami Skład żeliw: 2.11-3.8%C,0.5-3.5%Si,0.2-1%Mn,0.05-0.8%P,0.02-0.15%S
7. Żeliwo szare
Struktura składa się z osnowy metalicznej i fazy grafitowej W zależności od kształtu grafitu rozróżniamy: Żeliwo szare z grafitem płatkowym ,Żeliwa szare z grafitem kulistym (sferoidalne),Żeliwa szare z grafitem kłaczkowym, Najczęściej stosowane żeliwo szare z grafitem płatkowym. Przy stałej szybkości chłodzenia struktura żeliwa szarego zależy od zawartości C i Si Wpływ C i Si (rys) Wpływ grubości ścianki(rys)
Klasyfikacja żeliwa szarego oparta jest na Rm, 6 gatunków żeliwa: 100, 150, 200, 250, 300, 350 Liczby oznaczają minimalną Rm Wytrzymałość na ściskanie jest 4 razy większa
Wydłużenie nie przekracza 1%
8. Żeliwo sferoidalne
Powstaje przez dodanie do ciekłego żeliwa 0.03-0.08%Mg lub Ce Osnowę żeliwa może stanowić ferryt lub ferryt+perlit Klasyfikacja oparta na własnościach mechanicznych; 3 cyfry na początku – minimalna Rm Dwie na końcu – minimalne A – np 350-22 Minimalna Rm: 350-950MPa A – 2-22% Ze wzrostem Rm maleje A
9. Żeliwo ciągliwe
Powstaje z żeliwa białego przez obróbkę cieplną. Ze względu na strukturę dzieli się na : Białe, Czarne, Perlityczne.
Białe - Wyżarzanie odlewów z żeliwa białego w atmosferze odwęglającej Oznaczane symbolami: W, B, P i liczbowymi: dwucyfrowa – Rm/10, następne dwie – wydłużenie, np. W35-04 Czarne – w atmosferze obojętnej, przez rozkład cementytu grafit w kształcie prażonej kukurydzy Struktura: ferryt + grafit lub ferryt + grafit + perlit Perlityczne – podobnie jak czarne, grafityzacji ulega cementyt pierwotny i wtórny
10. Własności zeliw
Zależą od: struktury osnowy, od kształtu ilości i rozmieszczenia grafitu, największy wpływ na własności plastyczne i odporność na pękanie ma grafit jego wydzielenia – podobne do porów i pustek Dlatego najmniejsze własności ma żeliwo z grafitem o ostrych krawędziach (karby)
Najlepsze własności plastyczne ma żeliwo sferoidalne Własności wytrzymałościowe na ściskanie są znacznie lepsze niż na rozciąganie Własności wytrzymałościowe rosną ze wzrostem ilości węgla związanego a plastyczne maleją Twardość i wytrzymałość na ściskanie w małym stopniu zależą od kształtu cząstek grafitu Zalety:Dobra wytrzymałość na ściskanie Zdolność tłumienia drgań Dobra skrawalność (szarych) Dobra odporność na ściskanie Dobre własności odlewniczeNiski koszt wytwarzania Do żeliw można dodawać dodatki stopowe (żeliwa stopowe)
11. Podział stali ze względu na zastosowanie
Stale konstrukcyjne : węglowe, Niskostopowe, Do obróbki cieplno-chemicznej (C, N),Do ulepszania cieplnego, Sprężynowe; Łożyskowe W stalach konstrukcyjnych zaw. pierwiastków stopowych do kilku procent. Zazwyczaj niska zaw. C (na ogół do 0.3%) – wyjątek stale łożyskowe Przy łączeniu elementów konstrukcyjnych przez spawanie ważna jest spawalność stali, czyli podatność do tworzenia złącz spawanych o własnościach zbliżonych do materiału rodzimegoBez problemów związanych z własnościami złącz można spawać stale do 0.22%C, gdy grubość elementów nie przekracza 25 mm
Stale narzędziowe Do produkcji narzędzi do kształtowania materiałów przez skrawanie i przeróbkę plastyczną. Wymagane własności: duża twardość odporność na ścieranie w niektórych stalach – wysoka twardość w podwyższonych temperaturach Dobrą twardość i odporność na ścieranie w temperaturze otoczenia wykazują stale niestopowe o dużej zaw. C
Ich własności maleją ze wzrostem temp Przy wzroście temperatury, np. podczas skrawania, narzędzie musi zachowywać wysokie własności zapewniają je dodatki pierwiastków takich jak W, Mo, V, Cr, tworzące MC, M6C i M23C6 Dzielimy je na 3 grupy : do pracy na zimno(Na narzędzia do pracy w T<250oC, Główne pierwiastki: Cr, W, V; Większość stali zawiera ok. 1%C ale są stale zawierające 0.5 lub 2%C, Łączna zaw. Pierwiastków na ogół<3%, choć zdarzają się wyjątki), do pracy na gorąco(Na narzędzia do kształtowania materiałów w wysokich temperaturach (walce, matryce),Narzędzia mogą nagrzewać się nawet do 700C, narażone są na zmęczenie cieplne, Zaw.: C: 0.3-0.55%, Cr: 0.65-5%, V:0.1-1%, Mo: 0.25-3%), szybkotnące.
Stale o szczególnych własnościach :Odporne na korozję, odporne na ścieranie, żaroodporne i żarowytrzymałe ,O szczególnych własnościach magnetycznych
12. Oznaczenie stali wg składu chemicznego
13. Stale konstrukcyjne- ogolny podzial
stale konstrukcyjne – do wyrobu części maszyn i konstrukcji, są to stale o małych i średnich zawartościach węgla i niskostopowe, w których ogólna zawartość pierwiastków stopowych nie przekracza na ogół kilku procent
• Stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości
zastosowanie: konstrukcje przemysłowe spawane, mosty, statki, do zbrojenia betonu
• Stale konstrukcyjne do ulepszania cieplnego
zastosowanie: części maszyn, pojazdów i konstrukcji (40Cr4; 36CrNiMo4-4-2)
• Stale do nawęglania
zastosowanie: części maszyn o wysokiej twardości i ciągliwym rdzeniu;
stężenie węgla nie przekracza 0,25% C, ponadto zawierają Mn, Cr, Ni, Mo, po nawęglaniu stosujemy hartowanie i niskie odpuszczanie (15Cr3; 15CrMnMo4-4-1)
• Stale do azotowania
zastosowanie: części maszyn o wysokiej twardości i zwiększonej odporności korozyjnej powierzchni oraz dużej wytrzymałości rdzenia
ponieważ azotowanie prowadzimy przy temp. 550oC dlatego przed tym zbiegiem stale poddaje się ulepszaniu cieplnemu tj. hartowanie i wysokie odpuszczanie, gdyż azotowana stal nie ulega już dalszemu mięknięciu (38CrAlMo6-9-2)
• Stale do hartowania powierzchniowego
zastosowanie: części maszyn o wysokiej twardości powierzchni oraz dobrej ciągliwości rdzenia
• Stale sprężynowe
zastosowanie: sprężyny, resory, drążki skrętne
powinny mieć wysoką granicę sprężystości i wysoką wytrzymałość zmęczeniową,
są to stale o większych zawartościach węgla z pierwiastkami silnie utwardzającymi ferryt np.. Si, Mn (50Si2)
• Stale na łożyska toczne
zastosowanie: pierścienie, kulki, wałeczki łożysk tocznych (100Cr6)
• Stale do pracy przy obniżonych temperaturach
zastosowanie: zbiorniki na ciekłe gazy, konstrukcje i rury pracujące przy obniżonych temperaturach
• Stale do pracy przy podwyższonych temperaturach
są to niskowęglowe stale zawierające dodatek Cr, Mo, które utrudniają zjawisko pełzania materiału (16Mo3; 20CrMo4-5)
14. Stale narzędziowe
narzędziowe – które powinny cechować się duża twardością, większą od obrabianego materiału. Zawierają na ogół większe ilości węgla i pierwiastków stopowych, własności nadaje się im przez hartowanie i odpuszczanie,
• Stale do pracy na zimno
– narzędzia wykonane z tych stali nie powinny się nagrzewać powyżej 250oC,
– obróbka cieplna tych stali polega na ich zahartowaniu w wodzie lub oleju i następnym odpuszczaniu przy temperaturze 100-250oC
– stale o małej zawartości %C z dodatkami Cr, W i Si wykazują zwiększoną ciągliwość, stąd zastosowanie na narzędzia narażone na udarowe działanie obciążeń
– stale średniowęglowe wysokochromowe są odporne na korozję (narzędzia chirurgiczne),
– stale niskowęglowe przeznaczone są do nawęglania, przez co narzędzie uzyskuje twardą warstwę wierzchnią i miękki, ciągliwy rdzeń
• Stale do pracy na gorąco
– stosowane na narzędzia pracujące w temperaturach od 250-700oC (narzędzia kuźnicze, noże do cięcia na gorąco, matryce pras kuźniczych, formy do odlewania pod ciśnieniem).
– stale te zawierają od 0.3-0.6 %C oraz Cr, W, Mo i V,
– narzędzia z tych stali narażone są nie tylko na ścieranie ale również na odpuszczające działanie ciepła
– powinny mieć dobre przewodnictwo cieplne i odporność na zmęczenie cieplne wywołane cyklicz...
xkonradox