Stale staliwa i zeliwa - Notatki - Materiałoznastwo - Część 4, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Stale staliwa i zeliwa - Notatki - Materiałoznastwo - Część 4, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (1.2 MB)
22 strony
629Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: klasyfikacja stali i ich właściwości i zastosowanie; żeliwa.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 22
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
10_Stale_staliwa_i_zeliwa cz4.pdf

126 JW

Stale chromowe ferrytyczne i martenzytyczne (nierdzewne).

Stale chromowe odporne na korozj , zale!nie od zawarto"ci chromu i w gla, mog# by$ ferrytyczne lub martenzytyczne.

W przypadku stali martenzytycznych wyst puje w czasie nagrzewania ca%kowita przemiana ferrytu w austenit, dzi ki czemu mo!liwe jest hartowanie i powstawanie struktury martenzytycznej. Stale te hartuj# si ju! w czasie ch%odzenia na powietrzu i w%a"nie z tego powodu nazywane s# martenzytycznymi.

W przypadku stali ferrytycznych, ferryt jest faz# trwa%# od temperatury pokojowej a! do temperatury topnienia i przemiany fazowe nie zachodz#. Z tego wzgl dy stali ferrytycznych nie mo!na utwardza$ przez obróbk ciepln# (hartowanie).

W tablicy 7.13 podano sk%ad chemiczny cz "ciej stosowanych stali ferrytycznych i martenzytycznych (wg PN-71/H-86020).

W stalach ferrytycznych (w temperaturze otoczenia) ferryt stanowi osnow , ale oprócz niego wyst puj# równie! cz sto niewielkie ilo"ci w glików, które rozpuszczaj#c si w wy!szych temperaturach powoduj# tworzenie si pewnej ilo"ci austenitu, a szybkie ch%odzenie mo!e spowodowa$ przemian tego austenitu w martenzyt. Mikrostruktura stali ferrytycznej 0H13 z niewielk# ilo"ci# w glików widoczna jest na rys. 7.14. Taki sam wp%yw maj# równie! azot i nikiel, których ma%e ilo"ci zawsze spotyka si w tych stalach. Martenzyt, który powstaje po szybkim ch%odzeniu od wysokiej temperatury, np. podczas spawania, jest przyczyn# krucho"ci i p kni $ w strefie wp%ywu cieplnego spoiny.

Tym niepo!#danym zjawiskom przeciwdzia%a dodatek tytanu w ilo"ci wystarczaj#cej do zwi#zania w gla i azotu, jak to ma miejsce np. w stali 0H17T (tabl. 7.13), albo dodatek pierwiastka stabilizuj#cego ferryt, jakim jest aluminium, np. w stali 0H13J (tabl. 7.13).

Tablica 7.1.

Stale chromowe odporne na korozj : ferrytyczne i martenzytyczne (wg PN-71/H-08620)

Znak stali &rednia zawarto"$, %* &rednia temp, oC Struktura po

C

Cr

inne

sk%adn hartów.

odp.

obróbce

cieplnej

Stale ferrytyczne

OH13

OH13J

H17

OH17T

0,08 max

0,08 max

0,10 max

0,08 max

13,0

13,0

17,0

17,0

AI0.2

Ti5XC

1025

750

ferryt

ferryt

ferryt

ferryt

Stale martenzytyczne

1H13

2H13

0,12 0,20

13,0

13,0

-

1000

1020

750

720

ferryt i perlit

sorbit

3H13

0,30

13,0

-

980

250

350

martenzyt

sorbit

650

4H13

0,40

13,0 - 1030 150

250

martenzyt

sorbit

600

H18

H17N2

2H17N2

1,0 0,14

0,20

18,0

17,0

17,0

Ni 2,0

Ni 2,0

1020

1000

1080

250 310 700

martenzyt

sorbit i ferryt

sorbit

* Zawarto"$ Pmax 0,040, Smax 0,030.

docsity.com

127 JW

Na rysunku 7.15 pokazana jest mikrostruktura stali ferrytycznej 0H17T, z wyra'nie widocznymi w glikami i azotkami tytanu.

Rys. 7.14. Mikrostruktura stali chromowej

0H13. Widoczne ziarna ferrytu i wydzielenia

wielkiej ilo"ci w glików. Traw. elektrol. w kwasie szczawiowym. Powi ksz. 150x

Rys. 7.15. Mikrostruktura stali chromowe

OH17T. Widoczne ziarna ferrytu i

wydzielenie w glików i azotków tytanu. Traw. elektrol. w kwasie szczawiowym.

Powi ksz. 150x

Najwi ksz# odporno"$ na korozj i najwi ksz# ci#gliwo"$ wykazuj# stale ferrytczne w stanie wy!arzonym w ok. 800°C. Ich odporno"$ chemiczna jest lepsza ni! stali martenzytycznych i wzrasta z zawarto"ci# chromu, dlatego stale o zawarto"ci 17% Cr s# bardziej odporne na korozj ni! stale o zawarto"ci 13% Cr.

Stale ferrytyczne s# odporne na korozj atmosferyczn#, z wyj#tkiem warunków szczególnie agresywnych, jak np. zanieczyszczona atmosfera przemys%owa. S# do"$ odporne na dzia%anie kwasu azotowego i "rodowisk utleniaj#cych, s%abych kwasów organicznych i ró!nych produktów !ywno"ciowych.

Stal 0H17T i H17 w stanie wy!arzonym (ok. 800°C) jest stosunkowo mi kka i ci#gliwa, nadaje si do t%oczenia na zimno, w zwi#zku z czym gatunki te s# szeroko stosowane na naczynia kuchenne, aparaty w przemy"le spo!ywczym, elementy karoserii samochodowych itp.

Do najbardziej rozpowszechnionych stali martenzytycznych, tj. takich, które mo!na hartowa$ na martenzyt, nale!# stale o zawarto"ci 13% Cr i 0,1-0,45% w gla, stale o zawarto"ci ok. 17% Cr, 2% Ni i ok. 0,2% w gla oraz stal zawieraj#ca 18% Cr i ok. 1% w gla (tabl. 7.13). Stale 1H13, 2H13, 3H13 hartuje si od temperatury 950-1050°C. Temperatura odpuszczania wynosi zwykle 600-700°C.

Stale 4H13 i H18 s# stosowane w stanie hartowanym i odpuszczanym, ale przy stosunkowo niskiej temperaturze ok. 200°C, poniewa! chodzi o mo!liwie du!# twardo"$.

Mikrostruktura stali H18 w stanie zahartowanym pokazana jest na rys. 7.16. Widoczne s# skupienia du!ych pierwotnych w glików chromu oraz rozsiane ma%e w gliki w osnowie drobnego martenzytu.

Stale H17N2 i 2H17N2 ze wzgl du na wy!sz# zawarto"$ chromu maj# lepsz# odporno"$ chemiczn# ni! stale z zawarto"ci# 13% Cr. Dodatek niklu w tych stalach rozszerza zakres wyst powania austenitu i umo!liwia osi#gni cie jednofazowej struktury podczas austenityzowania.

Stale 1H13, 2H13 i 3H13 s# u!ywane w stanie ulepszonym cieplnie na silnie obci#!one cz "ci maszyn, które musz# by$ odporne na korozj , oraz na przedmioty gospodarstwa domowego. Stal 2H17N2 jest do"$ odporna na dzia%anie wody morskiej i ma zastosowanie w budowie okr tów. Stal 4H13 jest u!ywana na no!e. spr !yny i narz dzia, a stal H18 na %o!yska kulkowe odporne na korozj , na elementy maszyn odporne na "cieranie pracuj#ce np. w "rodowisku wodnym, na no!e chirurgiczne, narz dzia skrawaj#ce, przyrz#dy pomiarowe itp.

docsity.com

128 JW

Rys. 7.16. Mikrostruktura stali H18 (1%

C, 18% Cr). Widoczne skupienia du!ych pierwotnych w glików chromu oraz drobne w gliki na tle osnowy martenzytycznej. Traw. elektrol. w kwasie

szczawiowym. Powi ksz. 500x

Rys. 7.17. Mikrostruktura austenitycznej

stali kwasoodpomej OH18N9 w stanie

przesyconym. Widoczne ziarna austenitu z

bli'niakami rekrystalizacji. Traw. elektrol. w kwasie szczawiowym. Powi ksz. 150x

Stale martenzytyczne s# odporne na dzia%anie kwasu azotowego, szeregu kwasów organicznych i produktów spo!ywczych. Na korozj atmosferyczn# s# odporne po$ warunkiem braku agresywnych zanieczyszcze( w powietrzu. Odporno"$ chemiczne tych stali zale!y ponadto od g%adko"ci powierzchni.

Austenityczne stale chromowo-niklowe (kwasoodporne).

Stale austenityczne odporne na korozj s# w zasadzie stalami chromowo-niklowymi o niskiej zawarto"ci w gla. Dodatek niklu w ilo"ci ok. 8% do niskow glowych stali chromowych zawie- raj#cych ok. 18%Cr zwi ksza ich odporno"$ na korozj i na dzia%anie kwasów podwy!sza wytrzyma%o"$ i udarno"$. Du!y dodatek niklu powoduje, !e stale te maj# struktur austenityczn#. Mikrostruktura tego typu stali pokazana jest na rys 7.17. Ze wzgl du na dobr# odporno"$ na dzia%anie wielu kwasów stale te s# równie! nazywane kwasoodpornymi.

Stale zawieraj#ce 18% Cr i 8% Ni oznaczane popularnie znakiem 18/8, zyska%y ogromne znaczenie praktyczne. Wi kszo"$ dzi" stosowanych gatunków stali kwasoodpornych stanowi modyfikacj tego podstawowego sk%adu.

Ze wzgl du na niebezpiecze(stwo korozji mi dzykrystalicznej, zawarto"$ w gla w stalach 18/8 powinna by$ jak najni!sza. Na rysunku 7.18 przedstawiony jest przekrój przez uk%ad Fe-Cr-Ni-C dla sta%ej zawarto"ci 18% Cr i 8% Ni, przy zmiennej zawarto"ci w gla, ilustruj#cy zakres jednorodnego roztworu i granice rozpuszczalno"ci w glików M23C6. Przy powolnym ch%o- dzeniu, np. w stali o zawarto"ci 0,1% C, cz "$ w gla pozostaje w roztworze sta%ym w austenicie, cz "$ za" wydziela si w postaci w glików (Cr, Fe)23C6 bogatych w chrom, zgodnie z krzyw# rozpuszczalno"ci.

Stal o jednofazowej strukturze austenitycznej, bez

wydzielonych w glików, mo!na otrzyma$ przez przesycanie od temperatury 1050 ! 1100°C z ch%odzeniem w wodzie. W temperaturze 1050 !1100°C w gliki roz- puszczaj# si w austenicie, natomiast szybkie ch%odzenie zapobiega ich wydzielaniu. Po takiej obróbce cieplnej stal

18/8 jest najbardziej odporna na korozj , gdy! stanowi materia% jednofazowy. Natomiast podczas wygrzewania stali 18/8 w temperaturze 500 ! 800°C na granicach ziarn

nast puje wydzielanie si w glików chromu typu M23C6, zawieraj#cych zwykle co najmniej 60% Cr. Jest to szczególnie niekorzystne, gdy! w wyniku tego procesu stal staje si sk%onna do korozji

Rys. 7.18. Fragment uk%adu równowagi Fe-Cr-Ni-C.

Przekrój dla zawarto"ci 18% Cr i 8% Ni

docsity.com

129 JW

mi dzykrystalicznej. W "rodowisku korozyjnym atakowane s# szczególnie granice ziarn. Ilustruje to rys. 7.19 przedstawiaj#cy skorodowan# powierzchni blachy ze stali 18/8. Ten rodzaj korozji jest bardzo niebezpieczny, gdy! niszczy materia% w g%#b, nie pozostawiaj#c wyra'nych "ladów na powierzchni. Stal traci wytrzyma%o"$ i plastyczno"$ i nie daje metalicznego d'wi ku przy uderzeniu.

Zjawisko korozji mi dzykrystalicznej mo!na wyt%umaczy$ zubo!eniem granic ziarn w chrom na skutek wydziele( w glików chromu, które zarodkuj# prawie wy%#cznie na granicach ziarn. W temperaturze powy!ej 500°C szybko"$ dyfuzji w gla jest wi ksza od szybko"ci dyfuzji chromu, w zwi#zku z czym w giel potrzebny dla tworz#cych si w glików chromu na granicach ziarn pochodzi z ca%ego ziarna, podczas gdy chrom - tylko z zewn trznej warstewki w pobli!u granic ziarn. Zawarto"$ chromu w pobli!u granic ziarn mo!e wi c spa"$ poni!ej 12%, co stanowi minimum konieczne dla pasywacji (rys. 7.20). W tych warunkach rozpuszczanie

zubo!a%ej w chrom warstewki mo!e post powa$ bardzo szybko nawet w roztworach, na które stal 18/8 normalnie jest odporna.

Stale typu 18/8 stosuje si najcz "ciej w stanie przesyconym (od temp. 1050 ! 1100°C) i w tym stanie niebezpiecze(stwo korozji mi dzykrystalicznej nie istnieje. Jednak w budowie aparatów chemicznych, zbiorników, ruroci#gów itp. stosuje si powszechnie spawanie. Sama spoina i jej najbli!sze s#siedztwo stygn# szybko od wysokich temperatur. W strefie wp%ywu cieplnego spoiny znajduj# si jednak zawsze obszary, które podczas spawania nagrzewaj# si tylko do niebezpiecznego zakresu temperatur, tj. do 500 ! 800°C. W tych obszarach mo!e nast powa$ wydzielanie w glików chromu na granicach ziarn i mo!liwe jest wyst powanie korozji mi dzykrystalicznej

Rys. 7.19. Korozja mi dzykrystaliczna auste- nitycznej stali chromowo-niklowej. Próbka

nietrawiona. Powi ksz. 600x

Rys. 7.20. Schemat zmian koncentracji

chromu w pobli!u granicy ziarna, spowodowany wydzielaniem si w glików chromu typu M23C6. Materia% w takim stanie jest wra!liwy na korozj mi dzykrystaliczna

Obszary te le!# zwykle w odleg%o"ci kilku do kilkunastu milimetrów od spoiny. Zjawisko to stanowi%o pocz#tkowo powa!n# trudno"$ w stosowaniu stali 18/8. Obecnie istnieje szereg sposobów opracowanych w celu zapobiegania korozji mi dzykrystalicznej. Najwa!niejsze z nich to:

a) przesycanie,

b) stabilizacja,

c) zmniejszenie zawarto"ci w gla. Pierwszy z tych sposobów, o którym ju! wspomniano, jest najprostszy i polega na

zastosowaniu przesycania od temperatury 1050-1100°C spawanego przedmiotu. Sposób ten

jednak jest ograniczony do przedmiotów o ma%ych rozmiarach. Drugi sposób polega na wprowadzeniu do stali dodatków tytanu lub niobu, w ilo"ci

wystarczaj#cej do zwi#zania w gla w postaci w glików. Ti i Nb wykazuj# silniejsze powinowactwo do w gla ni! chrom i tworz# bardzo trwa%e w gliki TiC i NbC, które nie rozpuszczaj# si w austenicie w normalnie stosowanych temperaturach przesycania, co utrudnia tworzenie si w glików chromu. Stale takie nazywa si stabilizowanymi. Normy przewiduj# zawarto"$ tytanu równ# co najmniej 5-krotnej zawarto"ci w gla, a niobu co najmniej 10-krotnej

docsity.com

130 JW

(tabl. 7.14), S# to ilo"ci wi ksze ni! potrzeba do zwi#zania w gla, ale tytan i niob wi#!# równie! azot, którego zawarto"$ w tych stalach wynosi zwykle 0,01 ! 0,02% i dlatego dodatki tych pierwiastków oblicza si z pewn# rezerw# na zwi#zanie azotu.

Tablica 7.14

Stale austenityczne odporne na korozj wg PN-71/H-86020

Znak stali Sk%ad chemiczny, %

C Cr Ni inne sk%adniki

00H18N10 max 0,03 17,0+19,0 10,0+12,5 —

0H18N9 max 0,07 17,0-19,0 9,0+11,0 -

1H18N9 max 0,12 17,0+19,0 8,0-10,0 -

0H18N10T max 0,08 17,0+19,0 9,0-11,0 Ti5xC!0,7

1H18N9T max 0,10 17,0+19,0 8,0+10,0 Ti5xC!0,8 1H18N12T max 0,10 17,0-19,0 11,0+13,0 Ti5xC!0,8

0H18N12Nb max 0,08 17,0-19,0 10,0+13,0 Nb10xC!1,1 00H17N14M2 max 0,3 16,0---18,0 12,0+15,0 Mo 2,0!2,5

H17N13M2T max 0,08 16,0+18,0 11,0+14,0 Ti 5xC0!,7

H18N10MT

max 0,10

17,0+11,0

9,0+11,0

Mo 1,5!2,2

Ti5xC!0,8

Mo 3,0!4,0

0H17N16M3T

max 0,08

16,0+18,0

14,0+16,0

Ti 0,3!0,6

Mn 7,0-9,0

0H17N4G8 max 0,07 16,0+18,0 4,0+5,0 N 0,12!0,25

1H17N4G9 max 0,12 16,0+18,0 3,5+4,5 Mn 8,0!10,5

N 0,15!0,25

00H18N5M3S max 0,03 17,0+19,0 4,5+5,5 Mo 3,0!4,0**

Si 1,0!2,0

*' Zawarto"$ Mn max 2,0 z wyj#tkiem stali 0H17N4G8 i 1H17N4G9, zawarto"$ Si max 0,8, zwarto"$ P max 0,045, zawarto"$ S max 0,030.

** Stal OOH18N5M3S nie jest uj ta w normie PN-71/H-86020.

Trzecim sposobem (najskuteczniejszym) zapobiegania korozji mi dzykrystalicznej jest obni!enie zawarto"ci w gla do 0,02 ! 0,03%. Zastosowanie tego sposobu sta%o si mo!liwe dopiero po opanowaniu metod wytapiania stali o tak niskiej zwarto"ci w gla. Obni!enie zawarto"ci w gla wywo%uje niestabilno"$ austenitu pojawienie si ferrytu. Aby tego unikn#$, powi ksza si zawarto"$ niklu z 8 ! 9% do 10 ! 13%. To samo dotyczy stali stabilizowanych tytanem lub niobem (tabl. 7.14).

Oprócz korozji mi dzykrystalicznej stale austenityczne 18/8 ulegaj# równie! korozji w!erowej i napr !eniowej.

Korozj w!erow" wywo%uj# g%ównie jony chloru, bromu, jodu, fluoru i inne. Powoduj# one lokaln# depasywacj powierzchni, na skutek czego miejsca pozbawione warstwy ochronnej staj# si anod# wobec pasywnej powierzchni i w miejscach tych rozpuszczanie si metalu zachodzi bardzo szybko. Korozji w!erowej zapobiega w pewnym stopniu dodatek molibdenu. Stosuje si dodatki w ilo"ci 2 ! 4% Mo. Mikrostruktura stali z dodatkiem Mo widoczna jest na rys. 7.21. Ze wzgl du na ferrytyzuj#cy wp%yw molibdenu (dodatek Mo sprzyja powstawaniu struktury ferrytycznej) powi ksza si w tych stalach zawarto"$ niklu. Na przyk%ad gdy dodatek Mo wynosi 3-4%, zawarto"$ niklu dochodzi do 16% (stal OH17N16M3T, tabl. 7.14).

Stale austenityczne s# równie! wra!liwe na korozj napr !eniow". Warunkiem jej wyst#pienia jest równoczesne dzia%anie napr !e( rozci#gaj#cych i "rodowiska korozyjnego, g%ównie roztworów chlorków magnezu, wapnia, sodu, roztworów alkalicznych i in.

docsity.com

131 JW

Wi ksz# odporno"$ na korozj napr !eniow# wykazuj# stale austenityczne o znacznie zwi kszonej zawarto"ci niklu oraz stale o strukturze cz "ciowo ferrytycznej, co z kolei wymaga obni!enia zawarto"ci niklu. Przyk%adem jest stal 00H18N5M3S (tabl. 7.14) o strukturze austenityczno-ferrytycznej (rys. 7.22).

Rys. 7.21. Mikrostruktura austenitycznej stali

chromowo-niklowej z dodatkiem molibdenu i

tytanu (H17N12M2T). Widoczne ziarna

austenitu z bli'niakami rekrystalizacji oraz wydzieleniami w glików Mo i Ti oraz azotków Ti. Traw. elektrol. w kwasie szczawiowym.

Powi ksz. 150x

Rys. 7.22. Austenityczno-ferrytyczna struktura

stali 00H18N5M3S o zwi kszonej odporno"ci na korozj napr !eniow#. Traw. elektrol. w kwasie szczawiowym. Powi ksz. 150x

Najskuteczniejsze s# jednak takie "rodki, które pozwalaj# na unikni cie napr !e( lub obróbka powierzchni wywo%uj#ca napr !enia "ciskaj#ce w warstwie wierzchniej.

Najwa!niejsze gatunki stali austenitycznych odpornych na korozj zestawiono w tabl. 7.14. Stale 0H17N4G8 i 1H17N4G9 s# gatunkami oszcz dno"ciowymi, w których nikiel zast#piono cz "ciowo manganem i azotem. Odporno"$ tych stali na korozj mi dzykrystaliczn# jest porównywalna ze stalami 0H18N9 i 1H18N9. Nadaj# si one do g% bokiego t%oczenia i s# stosowane g%ównie w przemy"le spo!ywczym, w architekturze, do wyrobu przedmiotów gospodarstwa domowego itp.

Szczegó%owe dane dotycz#ce odporno"ci na korozj stali austenitycznych w ró!nych "rodowiskach podane s# w specjalnych tablicach, wykazach i normach PN-71/H-86020). W praktyce jednak odporno"$ tych stali wymaga skrupulatnego sprawdzenia przed ich zastosowaniem, zw%aszcza w "rodowiskach szczególnie agresywnych.

Stale austenityczne w stanie przesyconym (od temp. 1050 ! 1100°C, ch%odzenie w wodzie) s# stosunkowo mi kkie i bardzo ci#gliwe, Rm wynosi ok. 500 ! 700 MPa, a wyd%u!enie A powy!ej 40%. Umowna granica plastyczno"ci R02 wynosi ok. 200 ! 250 MPa. Obni!enie zawarto"ci w gla poni!ej 0,03% powoduje obni!enie Rm do 450 ! 650 MPa i R0,2 do 180 MPa.

Ta stosunkowo niska wytrzyma%o"$ powoduje cz sto konieczno"$ stosowania grubszych "cianek w elementach konstrukcyjnych. Zwi kszenie wytrzyma%o"ci tych stali mo!na uzyska$ przez zwi kszenie zawarto"ci azotu bez szkodliwego wp%ywu na odporno"$ chemiczn#. Inn# mo!liwo"ci# powi kszenia granicy plastyczno"ci i wytrzyma%o"ci stali austenitycznych jest zgniot (rys. 7.23). Sposób ten

stosuje si zw%aszcza do cienkich blach i ta"m walcowanych na zimno. Na tej drodze istnieje

mo!liwo"$ uzyskania wytrzyma%o"ci na rozci#ganie ok. 1200 MPa, przy zachowaniu wystarczaj#cej ci#gliwo"ci.

Rys. 7.23. Zmiana w%asno"ci mechanicznych stali austenitycznej (18% Cr, 8% Ni, 0,2% C) pod wp%ywem zgniotu)

docsity.com

132 JW

7.6.2. Stale !aroodporne i !arowytrzyma#e

Stale przeznaczone do pracy w podwy!szonych temperaturach powinny si odznacza$ odporno"ci# na korozyjne dzia%ania gazów, zw%aszcza utleniaj#cych, czyli powinny by$ !aroodporne. Od stali tych wymaga si równie!, aby by%y !arowytrzyma%e tj. aby wykazywa%y znacznie wy!sze w%asno"ci wytrzyma%o"ciowe w wysokich temperaturach w porównaniu z innymi stalami.

Szybko"$ utleniania !elaza i stali niskostopowych wzrasta gwa%townie powy!ej ok. 560 oC na skutek tworzenia si tlenku FeO (wustytu), który umo!liwia szybk# dyfuzj tlenu do !elaza i dalsze jego utlenianie.

Podstawowymi pierwiastkami stopowymi, które chroni# stal przed utlenianiem s#: Cr, Al i Si. Pierwiastki te maj# wi ksze powinowactwo do tlenu ani!eli !elazo i tworz# szczelne warstewki tlenków Cr2O3, Al2O3 SiO2, które utrudniaj# dyfuzj tlenu w g%#b metalu. Im wy!sza temperatura pracy danego elementu, tym wi ksza jest potrzebna zawarto"$ pierwiastka stopowego dla zapewnienia !aroodporno"ci.

Na rysunku 7.24 przedstawiono wp%yw zawarto"ci chromu na !aroodporno$% stali. Jak wida$, wp%yw na !aroodporno"$ ma równie! struktura stali. Przy tej samej zawarto"ci chromu stale austenityczne s# nieco bardziej !aroodporne ni! stale ferrytyczne.

Rys.7.24. Wp%yw zawarto"ci chromu na !aroodporno"$ stali; l - stale austenityczne, 2 - stale ferrytyczne

Wzrost !arowytrzymalo$ci, która jest zwi#zana przede wszystkim z wysok# odporno"ci# na pe%zanie, powoduj# dodatki stopowe podwy!szaj#ce temperatur topnienia i rekrystalizacji stali, a wi c: Mo, W, C, Co oraz Ti, Cr i Si. Równie! bardziej korzystna jest struktura austenityczna stali, co wynika m.in. z wy!szej temperatury rekrystalizacji austenitu. Ponadto na podwy!szenie !arowytrzyma%o"ci znacznie wp%ywa wzrost wielko"ci ziarna i wydzielanie faz o du!ej dyspersji (utwardzanie dyspersyjne).

Ze wzgl du na zastosowanie i struktur w"ród stali przeznaczonych do pracy w podwy!szonych temperaturach mo!na wyró!ni$ kilka grup. Zasady znakowania tych stali s# analogiczne, jak stali stopowych konstrukcyjnych i stali odpornych na korozj .

Stale !arowytrzyma#e stosowane do budowy kot#ów i turbin parowych.

S# to na ogó% stale ulepszane cieplnie, które po ch%odzeniu na powietrzu mog# mie$ struktur ferrytyczno-perlityczn#, perlityczno-bainityczn#, martenzytyczn#, martenzytyczno- ferrytyczn# itp. W wi kszo"ci s# to stale niskostopowe (z wyj#tkiem martenzytycznych, które zawieraj# ok. 12% Cr) o ma%ej i "redniej zawarto"ci w gla (0,10 ! 0,35%). Po ulepszaniu cieplnym, które ko(czy si wysokim odpuszczaniem struktura wi kszo"ci tych stali sk%ada si z ferrytu i w glików stopowych. Polska norma PN-75/H-84024 obejmuje 26 gatunków stali

docsity.com

133 JW

stopowych przeznaczonych do pracy w podwy!szonych temperaturach, stosowanych w budowie kot%ów parowych i wodnych, zbiorników ci"nieniowych, turbin, ruroci#gów pary i wody oraz innych urz#dze( energetycznych. Stale te maj# nast puj#ce oznaczenia, z których wynika ich orientacyjny sk%ad chemiczny: 19G2, 16M, 20M, 15HM, 20HM, 10H2M 12HMF, 13HMF, 15HMF, 20MF, 21HMF, 20HMFTB, 15HCuMNb, 23H2MF 24H2MF, 26H2MF, 30H2MF,

22H2NM, 33H2NMJ, 20H3MWF, 32HN3M 34HN3M, 15H11MF, 15H12WMF, 20H12M1F,

23H12MWF.

Wszystkie te stale, z wyj#tkiem czterech ostatnich zawieraj#cych po ok. 12% Cr (stale martenzytyczne), s# stalami niskostopowymi. Dobre w%asno"ci mechaniczne w podwy!szonych temperaturach uzyskuje si przede wszystkim dzi ki zawarto"ci molibdenu i wanadu, i utwardzaniu wydzieleniowemu w glikami. Temperatura d%ugotrwa%ej pracy tych stali wynosi, zale!nie od gatunku 400 ! 600°C. Górna granica ich zastosowania nie mo!e przekracza$ 600°C, poniewa! powy!ej tej temperatury szybko"$ dyfuzji w gla i pierwiastków stopowych wzrasta, nast puje koagulacja w glików i zanik utwardzenia, co powoduje obni!enie napr !e( wywo%uj#cych odkszta%cenia plastyczne, i wzrost szybko"ci pe%zania. Ponadto temperatura 600°C jest dla tych stali (z wyj#tkiem wysokochromowych) krytyczna ze wzgl du na gwa%towny wzrost szybko"ci utleniania.

Rys. 7.25. Wytrzyma%o"$ na rozci#ganie ró!nych stopów !arowytrzyma%ych w zale!no"ci od

temperatury badania; l - stal konstrukcyjna niskostopowa chromowo-niklowa, 2 -

stal !arowytrzyma%a ferrytyczna, 3 - stal !arowytrzyma%a austenityczna, 4 - !arowytrzyma%y stop na osnowie niklu

Z tego wzgl du do pracy w wy!szych temperaturach lub w warunkach powoduj#cych intensywn# korozj gazow# stosuje si stale wysokostopowe ferrytyczne du!ej zawarto"ci chromu lub austenityczne chromowo-niklowe, wykazuj#ce wy!sz# odporno"$ na utlenianie.

Stale wysokochromowe ferrytyczne.

Stale te charakteryzuj# si wysok# !aroodporno"ci#, któr# zapewnia du!a zawarto"$ chromu oraz dodatki Al i Si (tabl. 7.15). Natomiast !arowytrzyma%o"$ tych stali jest stosunkowo niska i z tego wzgl du s# one stosowane na nisko obci#!one elementy pracuj#ce w wysokich temperaturach, jak np. cz "ci !aroodporne kot%ów parowych, pojemniki do wy!arzania, szyny, ko%paki i rury do pieców przemys%owych, cz "ci aparatury do destylacji siarki, cz "ci gazogeneratorów itp.

Stale austenityczne chromowo-niklowe. Odznaczaj# si równie! wysok# !aroodporno"ci# jak stale ferrytyczne wysokochromowe, natomiast s# bardziej !arowytrzyma%e i dlatego mog# by$ stosowane na cz "ci obci#!one mechanicznie, pracuj#ce w wysokich temperaturach (rys. 7.25). Sk%ad chemiczny tych stali podano w tabl. 7.15. Wysok# odporno"$ na utlenianie zapewnia znaczna zawarto"$ chromu (16 ! 26%) i dodatek krzemu (1 ! 2,5%). Na !aroodporno"$ wp%ywa dodatnio tak!e nikiel, który nadaje stali struktur austenityczn#. Obróbka cieplna stali austenitycznych polega na przesycaniu od temperatur 1050 ! 1150°C w wodzie lub w powietrzu

docsity.com

134 JW

(elementy o ma%ym przekroju o grubo"ci do 2 mm). Stale o wi kszej zawarto"ci niklu (20 !36%) s# stosowane na cz "ci aparatury i urz#dze( pracuj#cych pod bardzo silnym obci#!eniem mechanicznym w wysokich temperaturach.

Stale zaworowe. Zawory w silnikach spalinowych pracuj# w bardzo trudnych warunkach. Nara!one s# na dzia%anie wysokich temperatur dochodz#cych w przypadku zaworów wylotowych do 900°C, zaworów wlotowych - do 500°C, a jednocze"nie s# silnie obci#!one mechanicznie na skutek uderzenia o gniazda zaworów i nara!one na "cieranie w prowadnicach i w miejscach styku z popychaczami. Ponadto na zawory dzia%aj# spaliny cz sto zawieraj#ce tlenki o%owiu, które powoduj# siln# korozj . W tablicy 7.15 podano gatunki stali zaworowych produkowane w kraju. Dwa pierwsze H9S2 i

H10S2M s# to tzw. silchromy, czyli stale chromowo-krzemowe, które mo!na hartowa$ na martenzyt. Temperatura austenityzowania wynosi dla tych stali ok. 1050°C. Hartowanie

przeprowadza si w oleju, a nast pnie odpuszcza si w zakresie 750 ! 850°C. Silchromy wykazuj# do"$ wysok# !arowytrzyma%o"$ do ok. 700°C. Powy!ej tej temperatury wytrzyma%o"$ zaczyna jednak do"$ szybko spada$. Stale te s# stosowane g%ównie na wylotowe oraz wlotowe zawory silników spalinowych samochodowych i motocyklowych.

Stale !aroodporne i !arowytrzyma#e (wg PN-71/H-86022) Tablica 7.15

&rednia zawarto"$, % )aroodpo Struktura po Znak stali rno"$ w obróbce

Inne powietrzu cieplnej

C Si Cr Ni sk%adnik do temp. °C

H5M 0,15* 0,50* 5,0 0,5* Mo0,5 650 ferryt i perlit

H6S2 0,15* 1,75 6,0 0,6* 800 ferryt i perlit 2H17 0,15* 1,2* 17,0 0,6* 850 ferryt H13JS 0,12* 1,15 13,0 0,5* AI0.9 950 ferryt H18JS 0,12* 0,9 18,0 0,5* AI1,0 1050 ferryt H24JS 0,12* 1,45 24,0 0,5* Al 1,4 1200 ferryt H25T 0,15* 1,0* 25,0 0,6* Ti(4xC) 1100 ferryt

H26N4 0,20* 2,5* 26,0 4,5 1100 ferryt i austenit

H18N9S 0,15 1,5* 18,0 9,5 850 austenit H23N13 0,20* 1,0* 23,0 13,5 1050 austenit H20N12S2 0,20* 2,2 20,0 12,0 1050 austenit H23N18 0,20* 1,0* 23,0 18,5 1050 austenit H25N20S2 0,20* 2,5 25,0 19,5 1150 austenit

H18N25S2 0,35 2,5 18,0 25,0 1100 austenit H16N36S2 0,15* 1,7 16,0 36,0 1100 austenit

Stale zaworowe

H9S2 0,40 2,5 9,0 0,60* 850 sorbit

H10S2M 0,40 2,2 10,0 0,50* Mo0,8 900 sorbit 4H14N14W 0,45 0,8* 14,0 14,0 W 2,5 900 austenit i w gliki

Mo 0,35 50H21G9N 0,50 0,5* 21,0 4,0 N0,45 900 austenit i w gliki

* Zawarto"$ maksymalna

Dwa nast pne gatunki (4H14N14W2M i 50H21G9N4) s# to stale austenityczne, które w zakresie temperatury 800 ! 900°C wykazuj# jeszcze wystarczaj#c# wytrzyma%o"$ i s# stosowane w trudniejszych warunkach pracy: stal 4H14N14WZM na najbardziej obci#!one zawory wylotowe i wlotowe silników lotniczych, a stal 50H21G9N4, która wykazuje dobr# odporno"$ na korozj powodowan# przez tlenki o%owiu - na najbardziej obci#!one zawory wylotowe silników samochodowych. Struktura obu tych stali sk%ada si z austenitu i w glików. Mo!na je utwardza$ wydzieleniowo, stosuj#c przesycanie od temperatury 1100 ! 1150°C i starzenie w temperaturze 700 ! 750°C przez kilkana"cie godzin. Jednak stal 4H14N14WZM ze wzgl du na

docsity.com

135 JW

niebezpiecze(stwo rozrostu ziarn w czasie nagrzewania do przesycania i niekorzystne wydzielanie si w glików na granicach ziarn w czasie starzenia, cz "ciej jest stosowana tylko po kuciu w zakresie temperatury 1150 ! 900°C i wy!arzaniu zmi kczaj#cym w temperaturze ok. 850°C.

7.6.3. Stale stopowe o szczególnych w#asno$ciach fizycznych

Do tej grupy stali mo!na zaliczy$ stale o specjalnych w%asno"ciach magnetycznych (s# omówione w rozdziale dotycz#cym materia%ów magnetycznych), stale oporowe, stopy !elaza o specjalnej rozszerzalno"ci cieplnej i inne. Jako materia%y o du!ym oporze elektrycznym u!ywane s# stale chromowo-niklowe i chromowo-aluminiowe. Stosuje si je g%ównie na oporniki oraz elementy grzejne pieców przemys%owych i laboratoryjnych i innych urz#dze(. Stale oporowe Cr-Ni zawieraj# ok. 20% Ni i 20%Cr, 60% Fe oraz dodatki Mn i Si (1 ! 2%). Temperatura pracy wynosi maksymalnie ok. 1000°C.

Stale oporowe Cr-Al s# to stale ferrytyczne zawieraj#ce 12-27% Cr i 3-7% Al. W kraju produkowane s# z nast puj#cymi oznaczeniami: H13J4, H17J5, H25J5, 0H25J5. Ze wzrostem zawarto"ci chromu odporno"$ na utlenianie zwi ksza si coraz bardziej. Górne temperatury stosowania tych stali wynosz# odpowiednio 850-1200°C. Wad# tych stali jest to, !e po pewnym okresie pracy staj# si kruche i p kaj# przy próbach zginania; z tego wzgl du elementy grzejne umieszcza si w specjalnych obudowach o kszta%tach dostosowanych do okre"lonych wymaga(. Jako stopy o specjalnej rozszerzalno"ci cieplnej znalaz%y zastosowanie g%ównie stopy Fe-Ni. Zale!nie od zawarto"ci niklu warto"$ wspó%czynnika rozszerzalno"ci cieplej a tych stopów zmienia si w granicach l ,2 ! 20,0 "10 -6 °C -1. Najni!szy wspó%czynnik z tej grupy stopów ma stop o zawarto"ci ok. 36% Ni nosz#cy nazw inwaru.

Stopy Fe-Ni z dodatkiem 6 ! 12% Cr odznaczaj# si tym, !e ich modu% spr !ysto"ci podczas nagrzewania zmienia si bardzo ma%o, czyli maj# sta%# spr !ysto"$ nie zmieniaj#c# si z temperatur#. Jednym ze stopów tego typu jest tzw. elinwar stosowany na spr !yny do dok%adnych przyrz#dów pomiarowych.

Wspó%czynnik rozszerzalno"ci cieplnej podobny do wspó%czynnika niektórych szkie% ma stop o zawarto"ci 54% Fe, 28% Ni i 18% Co nosz#cy nazw femico, który jest stosowany do wtapiania przej"$ elektrycznych w ró!nych przyrz#dach i lampach. Istnieje równie! szereg odmian tych stopów o podobnych w%asno"ciach.

7.7. Staliwa w glowe i stopowe

Staliwo jest to stop !elaza z w glem i innymi pierwiastkami, zawieraj#cy do oko%o 2,0% w gla, otrzymywany w procesach stalowniczych w stanie ciek%ym odlewany do form odlewniczych. Odlewy takie mog# by$ u!ywane bezpo"rednio po zakrzepni ciu bez obróbki cieplnej lub mog# by$ obrabiane cieplnie, wzgl dnie poddawane obróbce cieplno-chemicznej.

Jako materia% konstrukcyjny staliwo wykazuje wiele zalet, ma lepsze w%asno"ci wytrzyma%o"ciowe i plastyczne w porównaniu z !eliwem, a tak!e dobr# spawalno"$ zw%aszcza niskow glowe i niskostopowe). Wykazuje jednak gorsze w%asno"ci odlewnicze ze wzgl du na skurcz dochodz#cy do 2% i wysok# temperatur topnienia dochodz#c# do 1600°C.

7.7.1. Staliwa w glowe konstrukcyjne ogólnego przeznaczenia

Polska norma PN-ISO 3755:1994 wymienia 8 gatunków staliw w glowych konstrukcyjnych ogólnego przeznaczenia. Gatunki te oznacza si dwiema liczbami trzycyfrowymi lub dwiema liczbami trzycyfrowymi i liter# W: 200-400, 200-400W, 230-450, 230-450W, 270-480, 270- 480W, 340-550, 340-550W. Pierwsza liczba oznacza wymagan# minimaln# warto"$ Re lub Rg, w MPa, a druga - minimaln# wytrzyma%o"$ na rozci#ganie Rm równie! w MPa. Gatunki zawieraj#ce na ko(cu liter W maj# dodatkowo okre"lon# maksymaln# zawarto"$ poszczególnych pierwiastków (czyli tzw. ograniczony sk%ad chemiczny), w celu zapewnienia dobrej (jednolitej) spawalno"ci.

Staliwa, których oznaczenie nie zawiera litery W, nie maj# obowi#zuj#cego sk%adu chemicznego poza fosforem (max 0,035%) i siark# (max 0,035%). Natomiast gatunki z liter# W

docsity.com

136 JW

maj# max 0,25% C i zró!nicowan# w zale!no"ci od gatunku zawarto"$ Mn od max 1,00% do max 1,50%, oraz okre"lon# maksymaln# zawarto"$ pozosta%ych pierwiastków (jednakowa dla tych gatunków): 0,60% Si, 0,035% P, 0,035% S, 0,40% Ni, 0,35% Cr, 0,40% Cu, ^

0,15% Mo i 0,05% V.

Wytrzyma%o"$ na rozci#ganie Rm zale!y od gatunku staliwa i zawiera si w granicach od 400 ! 550 MPa do 550 ! 700 MPa, a wyd%u!enie Amin odpowiednio - od 25% do 15%.

Staliwa w glowe konstrukcyjne ogólnego przeznaczenia mog# by$ obrabiane cieplnie. Zwykle poddaje si je normalizowaniu, wy!arzaniu zupe%nemu lub wy!arzaniu odpr !aj#cemu.

7.7.2. Staliwa stopowe

Staliwa stopowe, podobnie jak stale, zawieraj# specjalnie wprowadzone dodatki stopowe, które nadaj# im okre"lone w%asno"ci. Sposób znakowania gatunków staliw stopowych jest analogiczny, jak stali stopowych konstrukcyjnych, z t# ró!nic#, !e w przypadku staliw na pocz#tku znaku znajduje si litera L. Za liter# L znajduj# si cyfry okre"laj#ce "redni# zawarto"$ w gla w setnych procentu, nast pnie litery symbole) analogiczne jak w przypadku stali stopowych konstrukcyjnych rozdz. 7.4.3), które okre"laj# pierwiastki stopowe, i cyfry, które podaj# "redni# zawarto"$ danego pierwiastka w procentach. Je!eli zawarto"$ pierwiastka stopowego nie przekracza "rednio 2%, to podaje si tylko litery stanowi#ce symbole tego pierwiastka.

Staliwa stopowe ze wzgl du na zastosowanie dziel# si na:

Staliwa stopowe konstrukcyjne — Polska Norma PN-H/83156:1997 obejmuje 23 gatunki

staliw tej grupy o nast puj#cych oznaczeniach: L20G, L35G, L15GM, L30GS, L35GM, L35GN, L30H, L40H, L17HM, L25HM, L25HN, L35HM, L40HF, L30HMF, L30HGNM, L35HGS,

L35HNM, L20HN3M, L30H2N2M, 35H2MF, L12H13, L12H13N4M, L0H13N4M. W normie

podany jest sk%ad chemiczny poszczególnych gatunków i ich w%asno"ci mechaniczne. Wytrzyma%o"$ na rozci#ganie Rm powy!szych staliw w stanie normalizowanym zawiera si w graniach od 450 do 800 MPa, a w stanie ulepszonym cieplnie po normalizowaniu – od 450 do

1200 MPa.

Staliwa do pracy w podwy!szonych temperaturach — PN-89/H-83157 (9 gatunków: L20, L16M, L20M, L20HM, L18H2M, L15HMF, L18HM, L21HMF, L17HMF). Staliwa te

charakteryzuj# si okre"lonymi w%asno"ciami mechanicznymi okre"lon# granic# pe%zania w zakresie temperatury do 600°C.

Staliwa stopowe odporne na korozj (nierdzewne i kwasoodporne) charakteryzuj#ce si zwi kszon# odporno"ci# na dzia%anie korozyjne atmosfery, kwasów oraz niektórych o"rodków korozyjnych - PN-86/H-83158 (14 gatunków). Ze wzgl du na zawarto"$ pierwiastków stopowych i struktury osnowy rozró!nia si nast puj#ce staliwa odporne na korozj : - chromowe martenzytyczne (LOH13, LH14, LH14N),

- chromowo-niklowe austenityczne (LH18N9, LH18N9T, LH16N5G6),

- chromowo-niklowo-molibdenowe austenityczne (LH18N10M2, L0H18N10M2, L0H18N9M,

LH18N10M2T),

- chromowo-niklowe austenityczno-ferrytyczne (L0H12N4M, LH21N5, LH12N5M, LH21N5T).

Wszystkie gatunki staliwa odpornego na korozj mog# by$ spawane. Zastosowanie tych staliw jest podobne jak stali nierdzewnych i kwasoodpomych o podobnym sk%adzie chemicznym.

Staliwa !aroodporne i !arowytrzyma#e - PN-90/H-83159 (9 gatunków). Staliwo !aroodporne charakteryzuje si odporno"ci# na bezpo"rednie dzia%anie p%omienia lub spalin w wysokich temperaturach. Staliwo !arowytrzyma%e wykazuje w wysokich temperaturach wy!sze w%asno"ci wytrzyma%o"ciowe ni! inne staliwa pracuj#ce w tych temperaturach.

Gatunki LH18S2, LH26, LH29S2G, LH26N4S2 s# wysokochromowymi staliwami !aroodpornymi przeznaczonymi do pracy przy ma%ych obci#!eniach. Zawarto"$ w gla jest wysoka (1,3 ! 1,5%C, z wyj#tkiem LH26 - 0,5% C). Struktura tych staliw sk%ada si z perlitu i

docsity.com

137 JW

w glików lub ferrytu i w glików. Staliwo LH29S2G s# ponadto bardzo odporne na "cieranie w wysokich temperaturach.

Gatunki LH17N8G, LH19N14G, LH23N18G, LH25H19S2, LH17N37S2G s# chromowo- niklowymi staliwami !arowytrzyma%ymi i !aroodpornymi, o strukturze austenitycznej. Obróbka cieplna i zastosowanie tych staliw s# analogiczne jak austenitycznych stali !arowytrzyma%ych. Stosowane s# one równie! jako kwasoodporne w podwy!szonych temperaturach.

Staliwa odporne na $cieranie - PN-88/H-83160 (12 gatunków: L20HGSNM, L25SHNM, L30HGN2M, L35GSM, L40GM, L40H3T, L100AGM, L40HM, [20G13, L120G13H,

L120G13T oraz L30GS wg PN-87/H-83156). Stosowane s# wyj#tkiem L120G13, L120G13T i L120G13H) w stanie normalizowanym i ulepszonym na: korpusy sprz gie%, elementy czerpaków, koparek, ko%a z bate, cz "ci maszyn budowlanych, ogniwa g#sienicowe, p%yty pancerne, szcz ki do kruszarek ko%a jezdne do suwnic itp. Staliwa L120G13, L120G13H i L120G13T (wysokow glowe i wysokomanganowe) maj# struktur austenityczn# i s# szczególnie odporne na zu!ycie. Stosowane s# w stanie przesyconym najcz "ciej na rozjazdy kolejowe, g#sienice traktorowe i cz "ci %amaczy i kruszarek. Staliwa narz dziowe - PN-90/H-83161. Norma obejmuje 18 gatunków staliw do pracy na zimno i gor#co: L150HSM, L155HNM, L180HNM, L200HNM. L200HSNM, L70H2GNM, L90HMF, L120H21NM, L180H20F, L35H17N2M. L40H5MF, L45HN2MF, L65HNM,

L75HMF, L100H2M, L120HWMF. L120HNMF, L210H21S. Staliwa te stosuje si w stanie obrobionym cieplnie, aby zapewni$ odpowiedni# twardo"$.

7.8. &eliwa w glowe

)eliwami w glowymi nazywa si odlewnicze stopy !elaza z w glem, zawieraj#ce teoretycznie powy!ej 2,06% C, a praktycznie 2,5 ! 4,5% C. Poza tym !eliwa te podobnie jak stale, zawsze zawieraj# pewne ilo"ci krzemu, manganu, fosforu i siarki pochodzenia metalurgicznego. W przeciwie(stwie do stali, wi kszo"$ !eliw odznaczaj# si nisk# plastyczno"ci#. W giel w !eliwach mo!e wyst powa$ w dwóch postaciach: b#d' w stanie wolnym jako grafit,

b#d' w postaci zwi#zanej w cementycie. W zale!no"ci od tego rozró!nia si !eliwa szare, które niezale!nie od struktury osnowy (ferrytycznej, perlitycznej lub ferrytyczno-perlitycznej) zawieraj# wydzielenia grafitu, oraz !eliwa bia%e, w których w giel wyst puje prawie wy%#cznie w postaci cementytu. Nazwy te zwi#zane z kolorem ich prze%omów. Niekiedy spotyka si !eliwa po%owiczne, które miejscami maj# budow !eliw szarych, a miejscami - bia%ych. Struktura !eliw zale!y zarówno od ich sk%adu chemicznego (rys. 7.26), jak szybko"ci

krystalizacji metalu, co jest zwi#zane z grubo"ci# "cianek odlewu.

Rys. 7.26. Wp%yw zawarto"ci w gla i krzemu na struktur !eliw (odlewy piaskowe o grubo"ci "cianek oko%o 30 mm)

Krzem, którego zawarto"$ w !eliwach waha si od 0,3 do 5%, sprzyja tworzeniu grafitu. Zmieniaj#c zawarto"$ krzemu mo!na otrzyma$ ró!ne rodzaje !eliw, ca%kowicie odmienne

docsity.com

138 JW

zarówno pod wzgl dem struktury, jak i w%asno"ci, od !eliwa bia%ego do ferrytycznego szarego. Proces grafityzacji u%atwiaj# równie! takie pierwiastki, jak mied' i nikiel. Mangan utrudnia proces grafityzacji, sprzyjaj#c tworzeniu si cementytu. Podobnie dzia%a siarka, której zawarto"$ w !eliwach nie mo!e przekracza$ 0,08 ! 0,12% (w zale!no"ci od wielko"ci odlewów), poniewa! pogarsza ona w%asno"ci odlewnicze i zwi ksza krucho"$. Poza tym do pierwiastków przeciwdzia%aj#cych grafityzacji nale!# mi dzy innymi chrom, wolfram, molibden i wanad. Wa!nym sk%adnikiem !eliw jest fosfor, który zwi ksza ich rzadkop%ynno"$ dzi ki tworzeniu eutektyki fosforowej, nie oddzia%uj#c w wyra'nym stopniu na proces grafityzacji.

7.8.l. &eliwa szare

Najwi ksze zastosowanie przemys%owe maj# jak dot#d !eliwa szare. W !eliwach i grafit wyst puje w postaci nieregularnych p%atków ró!nej wielko"ci, tworz#c nieci#g%o"ci w osnowie metalicznej (rys. 7.27). Wytrzyma%o"$ grafitu w porównaniu z wytrzyma%o"ci# tej osnowy mo!na przyj#$ za równ# zeru, st#d te! !eliwa szare odznaczaj# si nisk# wytrzyma%o"ci# na rozci#ganie i zginanie, przy do"$ dobrej wytrzyma%o"ci na "ciskanie. Równie! wytrzyma%o"$ zm czeniowa !eliw jest niewielka, ze wzgl du na istnienie wspomnianych karbów naturalnych. Z tego samego powodu !eliwa szare s# ma%o wra!liwe na dzia%anie wad powierzchniowych, wszelkiego rodzaju karbów konstrukcyjnych itp.

Rys. 7.27, Struktura !eliwa szarego nie trawionego. Widoczne p%atki grafitu.

Powi ksz. 100x

Rys. 7.28. Struktura !eliwa szarego ferrytyczno-perlitycznego z wyra'nie widoczn# eutektyk# fosforow# (jasne, kropkowane obszar. Traw. 5% roztworem

alkoholowym HN03. Powi ksz. 500x

G%ówn# zalet# !eliwa szarego s# przede wszystkim dobre w%asno"ci odlewnicze przejawiaj#ce si wysok# rzadkop%ynno"ci#, dobrym wype%nianiem form, ma%y skurczem odlewniczym (-1%) itd. Inne zalety zwi#zane z obecno"ci# wydziel -grafitu to: dobre w%asno"ci przeciwcierne i zdolno"$ t%umienia drga(. Dodatkowi zalet# tych !eliw jest niska cena. Grafit, b d#cy jednym z g%ównych sk%adników strukturalnych !eliw szarych, jest rozmieszczony w osnowie ferrytycznej, ferrytyczno-perlitycznej lub perlityczne przy czym ferryt

jest tu nie tylko roztworem sta%ym w gla w !elazie a, lecz tak!e roztworem krzemu oraz ewentualnie innych pierwiastków w !elazie a i dlatego nosi nazw krzemoferrytu. Oczywi"cie perlit jest w przypadku !eliw mieszanin# krzemoferrytu i cementytu.

Charakterystycznym sk%adnikiem strukturalnym !eliw szarych jest potrójna eutektyka fosforowa, zwana niekiedy steadytem. W temperaturze powstawania sk%ada si ona z cementytu (Fe3C), fosforku !elaza (Fe3P) i austenitu, w temperatura pokojowej - z cementytu, fosforku !elaza oraz produktów przemiany eutektoidalnej austenitu (perlitu, cementytu wtórnego i trzeciorz dowego).

Przy wi kszej zawarto"ci siarki w strukturze !eliw szarych uwidaczniaj# si równie! siarczki manganu w postaci lekko niebieskawych wieloboków.

Struktur !eliwa szarego o osnowie ferrytyczno-perlitycznej pokazano na rys. 7.28. Oprócz grafitu p%atkowego i sk%adników osnowy wyra'nie wida$ potrójn# eutektyk fosforow# w postaci jasnych, kropkowanych obszarów o charakterystycznych kszta%tach.

docsity.com

139 JW

)eliwa szare zgodnie z PN-92/H-83101 dziel# si na gatunki, przy czym podstaw# podzia%u jest wytrzyma%o"$ na rozci#ganie, okre"lana na próbkach o "rednicy pomiarowej 20 mm, wytoczonych z oddzielnie odlewanych wlewków próbnych.

Polska Norma podaje 6 gatunków !eliwa szarego z okre"lon# minimaln# wytrzymania na rozci#ganie, a mianowicie: 100, 150, 200, 250, 300 i 350 (trzycyfrowa liczba oznacza min. Rm w MPa). Ni!sze warto"ci odnosz# si do !eliw o strukturze ferrytycznej, wy!sze - do !eliw o strukturze perlitycznej. Wytrzyma%o"$ i twardo"$ zes%ane na próbkach wykonanych z wlewków próbnych ró!ni# si od wytrzymali i twardo"ci odlewów, gdy! w%asno"ci te w istotny sposób zale!# od grubo"ci "cianek odlewów, zmniejszaj#c si z jej wzrostem. Na przyk%ad !eliwo szare gatunek 100, ze zwi kszaniem grubo"ci "cianek odlewu, wykazuje wytrzyma%o"$ na rozci#ganie 120 ! 90 MPa, a !eliwo gatunku 350 – 315 !270 MPa. W przypadku wymaganej dobrej obrabialno"ci i odporno"ci odlewów na "cieranie !eliwa szare klasyfikuje si na podstawie twardo"ci, przy czym ustala si 6 klas twardo"ci oznaczaj#cych przewidywan# "redni# twardo"$ HB w okre"lonym miejscu odlewu (tabl. 7.16). Przewidywane zakresy twardo"ci HB dla ró!nych grubo"ci "cianki odlewu podano w tabl. 7.17.

.

Klasy twardo$ci !eliw szarych (wg PN-92/H-83101) Tablica 7.16

Klasa twardo"ci Zakres twardo"ci odlewu HB

H 145 max 170

H 175 150-200

H 195 170-200

H 215 190-240

H 235 210-260

H 255 230-280

Dla !eliw szarych istniej# ustalone empirycznie zale!no"ci mi dzy twardo"ci# i wytrzyma%o"ci# na rozci#ganie w przypadkach, gdy:

Rm # 196 MPa, wówczas HB = RH (100 + 0,438)Rm

Rm < 196 MPa, wówczas HB = RH (100 + 0,724)Rm

Czynnik RH, czyli tzw. twardo"$ wzgl dna, zmienia si w granicach 0,8 !1,2 w zale!no"ci od materia%u wyj"ciowego, procesu topienia i rzeczywistego procesu metalurgicznego. W poszczególnych odlewniach mo!na ustali$ warto"$ czynnika RH na prawie sta%ym poziomie i w takich przypadkach, mierz#c twardo"$ HB na powierzchni odlewu, mo!na okre"li$ jego wytrzyma%o"$ na rozci#ganie wykorzystuj#c podane zale!no"ci.

Tablica 7.17

Orientacyjne zakresy twardo$ci !eliw szarych dla ró!nych grubo$ci $cianki odlewu (wg PN-92/H-83101)

Twardo"$ HB Gatunek 2,5 ! 5 5 ! 10 Grubo"$

"cianki, mm 20 ! 40 40 ! 80

350 280-200 260-185

300 280-200 255-180 240-165

250 280-200 250-180 235-160 220-145

200 <280 260-170 230-150 210-135 190-120

150 260-170 225-140 205-125 185-110 170-100

100 <210 <185 <175 <160 <150

docsity.com

140 JW

Dzi ki swym zaletom, !eliwa szare s# materia%em konstrukcyjnym powszechnie stosowanym w przemy"le maszynowym, kolejowym, samochodowym i in. (np. na korpusy maszyn, p%yty fundamentowe, pier"cienie t%okowe, b bny hamulcowe, tuleje cylindrowe, armatur ).

Odmian# !eliw szarych s# !eliwa modyfikowane, zawieraj#ce bardzo drobny grafit p%atkowy. To rozdrobnienie grafitu uzyskuje si przez dodanie do !eliwa przed odlaniem tzw. modyfikato- ra, najcz "ciej w postaci sproszkowanego !elazokrzemu. )eliwa modyfikowane maj# wy!sz# wytrzyma%o"$ ni! !eliwa zwyk%e.

7.8.2. &eliwa sferoidalne

)eliwami sferoidalnymi nazywa si !eliwa, w których grafit wydziela si podczas krzepni cia w postaci kulek.

Otrzymuje si je w wyniku procesu modyfikacji, który polega na wprowadzeniu do metalu - bezpo"rednio przed jego odlewaniem - niewielkiego dodatku magnezu (w stopie z niklem lub miedzi#).

Struktura osnowy !eliw sferoidalnych, podobnie jak struktura osnowy zwyk%ych !eliw szarych, mo!e by$ ferrytyczna (rys. 7.29), ferrytyczno-perlityczna, perlityczno-ferrytyczna lub perlityczna (rys. 7.30).

)eliwa sferoidalne s# w Polsce znormalizowane (PN-92/H-83123), przy czym podstaw# klasyfikacji s# ich w%asno"ci mechaniczne. Polska Norma podaje dwie odr bne klasyfikacje !eliw sferoidalnych. Pierwsza - opiera si na w%asno"ciach mechanicznych okre"lanych na próbkach wyci tych z wlewków próbnych oddzielnie odlewanych. Wed%ug tej klasyfikacji rozró!nia si 9 gatunków !eliw (tabl. 7.18). Oznaczenie poszczególnych gatunków sk%ada si z liczby okre"laj#ce minimaln# wytrzyma%o"$ na rozci#ganie w MPa oraz liczby okre"laj#cej minimalne wyd%u!enie w procentach. Na przyk%ad oznaczenie 400-15 oznacza !eliwo sferoidalne o Rm min. 400 MPa i wyd%u!eniu A5 min. 15%.

Rys. 7.29. Struktura !eliwa sferoidalnego ferrytycznego. Widoczne kuliste wydzielenia

grafitu na tle ferrytycznej osnowy. Traw. 5%

roztworem alkoholowym HNO3. Powi ksz. 200x

Rys. 7.30. Struktura !eliwa sferoidalnego perlitycznego. Widoczne kuliste wydzielenia

grafitu w otoczce ferrytycznej na tle

perlitycznej osnowy. Traw. 5% roztworem

alkoholowym HNO3. Powi ksz. 200x

Druga klasyfikacja opiera si na w%asno"ciach mechanicznych okre"lanych na próbkach wykonanych z wlewków próbnych tzw. przylanych (odlewanych razem z odlewem). W tym

przypadku, w oznaczeniu gatunku za liczb# okre"laj#c# minimalne wyd%u!enie podaje si liter A, np. 400-15A. Ta klasyfikacja zawiera 6 garnków !eliw o wytrzyma%o"ci na rozci#ganie 320- 700 MPa, granicy plastyczno"ci 210 ! 400 MPa, wyd%u!eniu 15 ! 2% i twardo"ci HB 130 ! 320. Dodatkowa klasyfikacja (równie! zawarta w PN) oparta na twardo"ci mierzonej na samych odlewach rozró!nia 9 gatunków oznaczanych liter# H i podaje "redni# twardo"$ HB danego gatunku, np. H330, H150 itd.

Niezale!nie od przyj tej klasyfikacji, wy!sza wytrzyma%o"$ i twardo"$ odpowiada perlitycznej strukturze osnowy, wy!sza plastyczno"$ - strukturze ferrytycznej.

docsity.com

141 JW

Gatunki i w#asno$ci mechaniczne !eliw sferoidalnych (wg PN-92/H-83123) Tablica 7.18

Gatunek

!eliwa Rm

min

R0,2 min

A5 min

Twardo"$ HB

Struktura osnowy

900-2 900 600 2 280-360 bainit lub martenzyt odpuszczony

800-2 800 480 2 245-335 perlit lub struktura.odpuszczona

700-2 700 420 2 225-305 perlit

600-3 600 370 3 190-270 perlit + ferryt

500-7 500 320 7 170-230 perlit + ferryt

450-10 450 310 10 160-210 ferryt

400-15 400 250 15 130-180 ferryt

400-18 400 250 18 130-180 ferryt

350-22 350 220 22 <150 ferryt

)eliwo sferoidalne zast puje z powodzeniem nie tylko staliwo, lecz równie! niektóre odkuwki stalowe. Wytwarza si z niego takie cz "ci silników samochodowych, jak wa%y wykorbione, wa%ki rozrz#dcze, cylindry i pier"cienie t%okowe. W budowie obrabiarek !eliwo sferoidalne wykorzystuje si na ko%a z bate, wrzeciona, korpusy itd.

7.8.3. &eliwa bia#e

)eliwa bia%e ze wzgl du na zawarto"$ w gla dziel# si na: podeutektyczne, eutektyczne i nadeutektyczne.

Struktura !eliwa podeutektycznego (o zawarto"ci w gla poni!ej 4,3%), zgodnie z uk%adem równowagi !elazo-cementyt (p. rozdz. 3), sk%ada si w temperaturze 1147°C z austenitu i ledeburytu. W miar obni!ania temperatury z austenitu wydziela si cementyt wtórny. W temperaturze 723°C nast puje przemiana austenitu w perlit, a ledeburytu - w ledeburyt przemieniony. Przy dalszym och%adzaniu stopu do temperatury pokojowej, w miar zmniejszania si rozpuszczalno"ci w gla w !elazie a, wydziela si cementyt trzeciorz dowy (w bardzo ma%ej ilo"ci). W rezultacie, w temperaturze pokojowej struktura !eliwa bia%ego podeutektycznego sk%ada si z perlitu, cementytu i ledeburytu przemienionego (rys. 7.31).

Struktura !eliwa eutektycznego (zawieraj#cego 4,3% C) w temperaturze 1147°C sk%ada si z ledeburytu, a w temperaturze pokojowej - z ledeburytu przemienionego.

Struktura !eliwa bia%ego nadeutektycznego (zawieraj#cego ponad 4,3% w gla) sk%ada si w temperaturze 1147°C z ledeburytu i cementytu pierwszorz dowego (pierwotnego) krystalizuj#cego w postaci grubych igie%, w temperaturze pokojowej — z ledeburytu przemienionego i cementytu pierwotnego (rys. 7.32).

Rys. 7.31. Struktura !eliwa bia%ego podeutek- tycznego. Na tle przemienionego ledeburytu

widoczne ciemne kryszta%y perlitu z wydzie- lonym cementytem wtórnym. Traw. 5% roz-

tworem alkoholowym HNO3. Powi ksz. 100x

Rys. 7.32. Struktura !eliwa bia%ego nadeutek- tycznego. Na tle przemienionego ledeburytu

widoczne jasne, iglaste kryszta%y cementytu pierwszorz dowego. Traw. 5% roztworem al- koholowym HNO3. Powi ksz. 100x

docsity.com

142 JW

)eliwa bia%e, jako materia% konstrukcyjny, prawie nie maj# bezpo"redniego zastosowania technicznego, natomiast powierzchniowa warstwa !eliwa bia%ego na !eliwie szarym, powstaj#ca przez tzw. zabielenie (tj. szybkie lokalne och%odzenie odlewu), jest cz sto stosowana w celu zwi kszenia odporno"ci materia%u na "cieranie. Tak# tward# warstw w !eliwie otrzymuje si umieszczaj#c w formie tzw. och%adzalniki, czyli odpowiednie wk%adki metaliczne szybko odprowadzaj#ce ciep%o. Zabielenie !eliwa szarego stosuje si czasem w przypadku mniej odpowiedzialnych prowadnic korpusów maszyn, bie!ni kó% wagoników roboczych itp.

)eliwo bia%e jest materia%em wyj"ciowym przy wytwarzaniu przedmiotów z !eliwa ci#g%ego.

7.8.4. &eliwa ci"gliwe

)eliwami ci#gliwymi nazywa si !eliwa bia%e, które wskutek d%ugotrwa%ego (rz du kilkudziesi ciu godz.) wy!arzania w wysokiej temperaturze (ok. 1000°C) ulegaj# okre"lonemu uplastycznieniu, dzi ki odw gleniu lub grafityzacji lub obu tym procesom %#cznie. W zale!no"ci od sposobu przeprowadzania tej obróbki otrzymuje si : - )eliwa ci#gliwe bia%e, przez wy!arzanie !eliw bia%ych w "rodowisku utleniaj#cym, np. w rudzie !elaza. Podczas wy!arzania znaczna cz "$ w gla zawartego w !eliwie utlenia si , a w warstwie powierzchniowej grubo"ci 1,5 ! 2 mm zachodzi zupe%ne odw glenie. Przy och%adzaniu zazwyczaj nie wygrzewa si !eliwa w temperaturze poni!ej temperatury przemiany, w wyniku czego w metalicznej osnowie rdzenia zachowuje si znaczna ilo"$ perlitu. Przy powierzchni odlewu !eliwo to wykazuje matowobia%# barw prze%omu (ferryt) przechodz#c# %agodnie w srebrzyst# bli!ej "rodka "cianki odlewu (perlit). - )eliwa ci#gliwe czarne, przez wy!arzanie !eliw bia%ych w "rodowisku oboj tnym. W czasie tego wy!arzania cementyt zawarty w !eliwie rozpada si , a wydzielaj#cy si z niego w giel w postaci grafitu tworzy skupienia zwane w glem !arzenia. Struktura !eliwa w temperaturze wy!arzania sk%ada si wi c z austenitu i w gla !arzenia. Kolejnym zabiegiem jest bardzo wolne ch%odzenie, warunkuj#ce zachodzenie przemian fazowych zgodnie ze stabilnym uk%adem równowagi !elazo-grafit (z austenitu zamiast cementytu wydziela si grafit). W efekcie, w temperaturze pokojowej otrzymuje si !eliwo, którego struktura sk%ada si ze skupie( grafitu (w gla !arzenia) rozmieszczonych w ferrytycznej osnowie (rys. 7.33). Du!a ilo"$ wydziele( grafitu wywo%uje ciemn# barw prze%omu. - )eliwa ci#gliwe perlityczne, przez wy!arzanie !eliw bia%ych w "rodowisku oboj tnym, lecz bez doprowadzania do ko(ca procesu grafityzacji (szybsze ch%odzenie poni!ej temperatury przemiany, dzi ki czemu w strukturze zachowuje si cz "$ cementytu). W wyniku uzyskuje si !eliwo o osnowie perlitycznej lub perlityczno-ferrytycznej i srebrzystej barwie prze%omu.

W procesie produkcji !eliwa ci#gliwego bardzo wa!nym czynnikiem jest uzyskanie w odlewie !eliwa ca%kowicie bia%ego, poniewa! cz "ciowa grafityzacja podczas krzepni cia i utworzenie si w !eliwie p%atków grafitu zak%ócaj# zachodz#ce w czasie wy!arzania grafityzuj#cego powstawanie zwartych skupie( grafitu. W zwi#zku z tym zawarto"$ pierwiastków wchodz#cych w sk%ad !eliwa ci#gliwego musi mie"ci$ si w stosunkowo w#skich granicach.

Zazwyczaj sk%ad chemiczny !eliwa ci#gliwego jest nast puj#cy: 2,4 ! 2,8 % w gla, 0,8 ! 1,4% krzemu, do 1% manganu, do 0,1% siarki i do 0,2 % fosforu.

Rys. 7.33. Struktura !eliwa ci#gliwego czarnego. Na tle ferrytu widoczne wydzielenia w gla !arzenia. Traw. 5% roztworem alkoholowym HN03. Powi ksz. 100x

docsity.com

143 JW

)eliwa ci#gliwe s# w Polsce znormalizowane (PN-92/H-83221), przy czym norma rozró!nia 4 gatunki !eliwa ci#gliwego bia%ego (tabl. 7.19), 3 - !eliwa ci#gliwego czarnego i 7 - !eliwa ci#gliwego perlitycznego (tabl. 7.20). Oznaczenie poszczególnych gatunków sk%ada si z liter i cyfr. Litery oznaczaj#: W - !eliwo ci#gliwe bia%e, B - !eliwo ci#gliwe czarne, P - !eliwo ci#gliwe perlityczne. Po literze oddzielonej odst pem podawane s# dwie cyfry oznaczaj#ce minimaln# wytrzyma%o"$ na rozci#ganie w MPa próbki o "rednicy 12 mm podzielon# przez 10, a nast pnie, oddzielone znakiem pauzy, dwie cyfry oznaczaj#ce minimalne wyd%u!enie A3 wyra!one w %. Je"li warto"$ wyd%u!enia jest mniejsza ni! 10%, pierwsz# cyfr# jest 0. Przyk%adowe oznaczenia !eliw ci#gliwych: W 35—04, B 32—10, P 65—02. )eliwo ci#gliwe odznacza si dobr# skrawalno"ci#, du!# odporno"ci# na dzia%anie dymu i kwa"nej wody kopalnianej. Wykonuje si z niego odlewy o du!ej wytrzyma%o"ci, dobrej plastyczno"ci, obrabialno"ci i odporno"ci na uderzenia, gdy! %#czy w sobie dobre w%asno"ci odlewnicze !eliwa z dobrymi w%asno"ciami mechanicznymi staliwa

Tablica 7.19

W#asno$ci mechaniczne i twardo$% !eliw ci"gliwych bia#ych (wg PN-92/H-83221)

Oznaczenie

gatunku

&rednica próbki mm

R min

MPa

Rmin

MPa

A5

min

Twardo"$ HB max

9 340 5 W 35-04 12 350 - 4 230

15 360 - 3

9 320 170 15

W 38-12 12 380 200 12 200 ; 15 400 210 8 9 360 200 8

W 40-05 12 400 220 5 220 15 420 230 4 9 400 230 10

W 45-07 12 450 260 7 220 15 480 290 4

Jest szeroko stosowane w przemy"le maszyn rolniczych, samochodowym, obrabiarkowym, w kolejnictwie itp

Tablica 7.20

W#asno$ci mechaniczne i twardo$% !eliw ci"gliwych czarnych i perlitycznych (wg PN-92/H-83221)

Oznaczenie

gatunku

Rm

min

R0,2

min MPa

A5

min

Twardo"$ HB

B 30-06 300 - 6 max 150

B 32-12 320 190 12 max 150

B 35-10 350 200 10 max 150

P 45-06 450 270 6 150-200

P 50-05 500 300 5 160-220

P 55-04 550 340 4 180-230

P 60-03 600 390 3 200-250

P 65-02 650 430 2 210-260

P 70-02 700 530 2 240-290

P 80-01* 800 600 1 270-310

* Hartowanie w oleju, a nast pnie odpuszczanie.

docsity.com

144 JW

7.9. &eliwa stopowe

)eliwami stopowymi nazywa si !eliwa zawieraj#ce dodatkowo pierwiastki takie jak nikiel, chrom, molibden, aluminium, tytan, wanad, mied', wolfram, bor lub zwi kszone ilo"ci krzemu i manganu. Dobór ww. sk%adników oraz ich wzajemne stosunki ilo"ciowe decyduj# o w%asno"ciach wytrzyma%o"ciowych !eliw stopowych, ich odporno"ci na "cieranie i dzia%anie "rodowisk korozyjnych oraz na oddzia%ywane utleniaj#cych atmosfer w wysokich temperaturach. Polska Norma PN-88/H-83144 podaje 48 gatunków !eliw stopowych dziel#cych si , w zale!no"ci od w%asno"ci i zastosowania, na 3 grupy: !aroodporne, odporne na korozj i odporne na "cieranie. )eliwo stopowe oznacza si znakiem gatunku, który zawiera: litery Zl dla !eliwa stopowego szarego i po%owicznego, litery Zb dla !eliwa stopowego bia%ego, litery Zs dla !eliwa stopowego sferoidalnego, symbole chemiczne pierwiastków stopowych wg malej#cej procentowej zawarto"ci sk%adnika, oraz liczby okre"laj#ce "redni# procentow# zawarto"$ pierwiastka stopowego, je!eli jest ona równa lub wi ksza od 0,8%. &eliwa stopowe !aroodporne. Jest to grupa !eliw wykazuj#cych odporno"$ na korozyjne dzia%anie gazów utleniaj#cych w wysokich temperaturach dzi ki zawarto"ci takich dodatków stopowych, jak krzem (do 6%), chrom (do 34%) i aluminium (do 8%). Graniczna temperatura

pracy tych !eliw zale!y od zawarto"ci i wzajemnego stosunku ilo"ciowego ww. dodatków stopowych i w zale!no"ci od gatunku !eliwa wynosi 550 !1100°C. Oprócz !aroodporno"ci, ta grupa !eliw charakteryzuje si równie! dobr# odporno"ci# na "cieranie i twardo"ci#, a tak!e odporno"ci# na korozyjne oddzia%ywanie ró!nych "rodowisk chemicznych. Polska Norma podaje 10 ganków !eliw stopowych !aroodpornych.

&eliwa stopowe odporne na korozj . )eliwa w glowe zwyk%e s# stosunkowo ma%o odporne na dzia%anie czynników chemicznych. Wprowadzenie do tych !eliw dodatków stopowych, takich jak krzem, nikiel, chrom i mied' znakomicie podwy!sza ich odporno"$ na korozyjne i erozyjne oddzia%ywanie ró!norodnych "rodowisk chemicznych. Polska Norma podaje 8 gatunków !eliw stopowych odpornych na korozj , w tym: l gatunek !eliwa wysokokrzemowego (14 !16% Si), 5 gatunków !eliw wysokoniklowych (13,5 !32% Ni) o podwy!szonej zawarto"ci krzemu, chromu i miedzi oraz 2 gatunki !eliw wysokochromowych (25 !34% Cr), wykazuj#cych równie! bardzo dobr# odporno"$ na "cieranie i doskona%# !aroodporno"$.

&eliwa stopowe odporne na $cieranie. Jest to najliczniejsza grupa !eliw stopowych, obejmuj#ca zgodnie z Polsk# Norm# 33 gatunki. W wi kszo"ci s# to !eliwa wysokostopowe zawieraj#ce: 0,5 ! 3,1% Si, 0,5 !1,2% Mn (tylko l gatunek zawiera do 12% Mn), 0,15 ! 2,4% Cr (tylko 2 gatunki !eliw maj# wysok# zawarto"$ chromu: jeden do 19%, drugi - do 30% Cr), 0,13 ! 5% Ni, 0,5 ! 2,0% Cu. Ponadto w 7 gatunkach wyst puj# niewielkie zawarto"ci molibdenu, tytanu, wanadu b#d' boru. Sk%ad chemiczny tych !eliw jest tak dobrany, !e wykazuj# dobre w%asno"ci przeciwcierne oraz wytrzyma%o"ciowe przy zadowalaj#cej odporno"ci korozyjnej w okre"lonych o"rodkach chemicznych; niektóre gatunki zachowuj# te w%asno"ci równie! w podwy!szonych temperaturach.

7.10. Oznaczanie stali wg: PN-EN 10027-1 Systemy oznaczania stali. Znaki stali, symbole

g%ówne. EN 10027-1:1992 jest zalecana przez CEN (Europejski Komitet Normalizacyjny) do

stosowania przez krajowe komitety normalizacyjne bez jakichkolwiek zmian. PN-EN 10027-1

jest identyczna z EN 10027-1:1992 i zosta%a ustanowiona przez Polski Komitet Normalizacyjny 15.12.1994 r.

W tej klasyfikacji oznacze( stali wyró!nia si dwie g%ówne grupy znaków: $ znaki zawieraj#ce symbole wskazuj#ce na sk%ad chemiczny stali, $ znaki zawieraj#ce symbole wskazuj#ce na zastosowanie oraz mechaniczne lub fizyczne

w%asno"ci stali.

docsity.com

145 JW W obu grupach znaków po symbolach g%ównych mog# by$ podawane symbole dodatkowe.

Poni!ej podano jedynie, z jakich symboli g%ównych sk%ada si znak stali. W przypadku staliwa znak gatunku zawieraj#cy symbole wskazuj#ce na sk%ad chemiczny poprzedza litera G.

Oznaczanie stali wg sk#adu chemicznego W znakach stali wg sk%adu chemicznego wyró!nia si cztery podgrupy; $ stale niestopowe(bez stali automatowych) o redniej zawarto ci manganu <1%. Znak

tych stali sk%ada si z nast puj#cych symboli g%ównych, umieszczonych kolejno po sobie: litery C i liczby b d#cej 100-krotn# "redni# wymagan# zawarto"ci# w gla;

$ stale niestopowe o redniej zawarto ci manganu!1 %, niestopowe staleautomatowe i stale stopowe(bez stali szybkotn#cych) o zawarto ci ka"dego pierwiastka stopowego <5%. Znak tych stali sk%ada si z: liczby b d#cej 100-krotn# wymagan# "redni# zawarto"ci# w gla, symboli pierwiastków chemicznych sk%adników stopowych stali w kolejno"ci malej#cej zawarto"ci pierwiastków oraz liczb oznaczaj#cych zawarto"ci poszczególnych pierwiastków stopowych w stali. Ka!da liczba oznacza odpowiednio, "redni procent zawarto"ci pierwiastka pomno!ony przez wspó%czynnik wg tabl. 7.21 i zaokr#glony do najbli!szej liczby ca%kowitej. Liczby oznaczaj#ce zawarto"ci poszczególnych pierwiastków stopowych nale!y oddzieli$ poziom# kresk#.

TABLICA 7.21.

Wspó#czynnik do ustalania symboli liczbowych pierwiastków stopowych przy oznaczaniu stali stopowych (bez stali szybkotn"cych) o zawarto$ci ka!dego pierwiastka stopowego <5% (PN- EN 10027-1)

Pierwiastek Wspó%czynnik

Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4

Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, 10

Ce, N, P, S 100

B 1000

Na przyk%ad 55NiCrMoV6-2-2 jest znakiem stali o "rednim sk%adzie: 0,55% C, l,5%Ni, 0,6% Cr, 0,2% Mo i poni!ej 0,1 % V (jest to stal narz dziowa do pracy na gor#co); $ stale stopowe(bez stali szybkotn#cych) zawieraj#ce przynajmniej jeden pierwiastek stopowy w ilo ci ' 5%. Znak tych stali sk%ada si z: litery X, liczby b d#cej 100-krotn# wymagan# "redni# zawarto"ci# w gla, symboli chemicznych sk%adników stopowych stali w kolejno"ci malej#cej zawarto"ci oraz liczb (zaokr#glonych do najbli!szej liczby ca%kowitej) oznaczaj#cych "redni procent zawarto"ci poszczególnych pierwiastków. Na przyk%ad X5CrNiMol7-12-2 jest znakiem stali o sk%adzie: maks. 0,07% C, 17,5% Cr, 11,6% Ni, 2,25% Mo. Stal ta wg polskiej normy (PN) mia%aby oznaczenie 0H17N12M2; $ stale szybkotn#ce. Znak tych stali sk%ada si z nast puj#cych symboli literowych i liczbowych: liter HS oraz liczb oznaczaj#cych procentowe zawarto"ci (zaokr#glone do najbli!szych liczb ca%kowitych) pierwiastków stopowych w nast puj#cej kolejno"ci; wolfram, molibden, wanad, kobalt; np. HS18-0-1 jest znakiem stali oznaczanej wg PN SW18; "rednia zawarto"$ pierwiastków w tej stali wynosi: 0,80% C, 18,0% W, 1,25% V. Zawarto"$ Cr w stalach szybkotn#cych nie jest podawana, gdy! jest we wszystkich gatunkach tych stali taka sama i wynosi od 3,5 do 4,5 %.

Oznaczanie stali wg zastosowania i w#asno$ci Znak stali oznaczanych wg ich zastosowania i w%asno"ci mechanicznych lub fizycznych zawiera nast puj#ce g%ówne symbole: a) S - stale konstrukcyjne,

P - stale pracuj#ce pod ci"nieniem, L - stale na rury przewodowe, E - stale maszynowe,

docsity.com

146 JW za którymi umieszcza si liczb b d#c# minimaln# granic# plastyczno"ci w MPa; b) B - stale do zbrojenia betonu, za którym umieszcza si liczb b d#c# charakterystyczn# granic# plastyczno"ci; c) Y - stale do betonu spr !onego,

R - stale na szyny lub w postaci szyn, za którymi umieszcza si liczb b d#c# wymagan# minimaln# wytrzyma%o"ci# ni rozci#ganie; d) H - wyroby p%askie walcowane na zimno ze stali o podwy!szone wytrzyma%o"ci przeznaczone do kszta%towania na zimno, za którym umieszcza si liczb b d#c# wymagan# minimaln# granic# plastyczno"ci albo je!eli jest wymagana tylko wytrzyma%o"$ na rozci#ganie, wtedy umieszcza si liter T, za któr# podaje si wymagan# minimaln# wytrzyma%o"$ na rozci#ganie; e) D - wyroby p%askie ze stali mi kkich przeznaczonych do kszta%towania na zimno, za którym umieszcza si jedn# z nast puj#cych liter:

1) C - dla wyrobów walcowanych na zimno,

2) D - dla wyrobów walcowanych na gor#co przeznaczonych do kszta%towania na zimno, 3) X - dla wyrobów bez charakterystyki walcowania (na zimno lub na gor#co);

oraz dwa symbole cyfrowe lub literowe charakteryzuj#ce stal; f) T - wyroby walcowni blachy ocynowanej, za którym umieszcza si :

1) dla wyrobów o jednokrotnie redukowanej grubo"ci - liter H, za któr# podaje si liczb b d#c# wymagan# nominaln# twardo"ci# wg HR 30Tm;

2) dla wyrobów o dwukrotnie redukowanej grubo"ci - liczb b d#c# wymagan# nominaln# granic# plastyczno"ci; g) M - stale elektrotechniczne, za którym umieszcza si :

1) liczb b d#c# 100-krotn# wymagan# maksymaln# stratno"ci# w W·kg-1, 2) liczb b d#c# 100-krotn# nominaln# grubo"ci# wyrobu w mm, 3) liczb oznaczaj#c# rodzaj blachy lub ta"my elektrotechnicznej, tj.:

A - o niezorientowanym ziarnie, D - ze stali niestopowych, nie wy!arzonych ko(cowo, E - ze stali stopowych, nie wy!arzonych ko(cowo, N - o normalnie zorientowanym ziarnie, S - o zorientowanym ziarnie i zmniejszonej stratno"ci, P - o zorientowanym ziarnie i du!ej przenikalno"ci magnetycznej.

Tablica 7.22

Sk#ad chemiczny i w#asno$ci wytrzyma#o$ciowe niektórych stali konstrukcyjnych

Rodzaj stali Znak stali wg PN-EN

&redni sk%ad stali, % Re MPa

Rm MPa

C Si Mn Cr Inne

Stal niestopowa C10 C35

C60

0,10

0,35

0,61

*0,40 *0,40 *0,40

0,45

0,65

0,75

— -

280

390

540

480

680

950

Stal

niskostopowa o

podwy!szonej

S355NL

S460N *0,18 *0,20

*0,50 *O,6O

1,28

1,35 —

— 0,05 + Nb; 0,12 + V; 0,03 + Ti

0,05 + Nb; 0,20 + V; 0,03 + Ti 355

460 550

640

Stal do

naw glania C15R

16MnCrB5

20NiCrMoS2-2

0,15

0,16

0,20

*0,40 *0,40 *S0,40

0,45

1,15

0,80

0,95

0,53

0,03 S

0,035 + S; 0,0029 B 0,55 Ni; 0,20 Mo; 0,03 S

320

550

Stal do ulepszania

cieplnego C45E

25CrMoS4

42CrMoS4

34CrNiMo6

0,45

0,25

0,42

0,34

*0,40 *0,40 *0,40 *0,40

0,65

0,75

0,75

0,65

1,05

1,05

1,50

0,23 Mo; 0,03 S

0,23 Mo; 0,03 S

1,50 Ni; 0,23 Mo

620

650

880

950

900

920

1100

1100

Stal spr !ynowa 51CrV4 60Si7

0,51

0,60 *0,40

1,65 0,90

0,75 1,05

— 0,18 V

1100

1200 1300

1400

docsity.com

147 JW

Tablica 7.23.

Sk#ady chemiczne i twardo$ci wybranych stali narz dziowych

Tablica 7.24.

Sk#ad chemiczny wybranych stali o szczególnych w#asno$ciach

Rodzaj stali Znak stali wg PN-EN ISO 4957

&redni sk%ad stali, % Twardo"$ HV min-

C Si Mn Ci Inne

Stal nicslupowa do pracy

na zimno

C45U

C70U

C90U

C12OIJ

0,45

0,70

0,90 1,20

0,27

0,20

0,20

0,20

0,70

0,25

0.25

0,25

% % % %

% % % %

54

57

60

62

Stal s%upowa do pracy na zimno

102Cr6

60WCW8

X2IOCrWI2

X153C>MoV12

1,02

0,60

2,15

1,53

0,25

0,85 0,25

0,35

0,35

0,30

0,45 0,40

1,50

1,05 12,00

12,00

% 1,95 W; 0,15 V 0,7 W

0,85 Mo; 0,85V

60 58

62

61

Stal stopowa do

pracy na gor#cu

55NiCrMuV7

32CrMoVI2-2R

X40CrMnV5-l

X30WOV9-3

0,55

0,32

0,40

0,30

0,25

0,25

1,00

0,25

0,75

0,30

0,38

0,30

1,00

2,95

5,15 2,85

1,65 Ni; 0.45 Mo; 0.10 V

2,75 Mo; 0,55 V

1,35 Mo; 1,00 V

9,00 W; 0,40 V

42

46

50

4ff

Stal szybkotn#ca HSl8-0-1 HS2-9-2

HS6-5-4

HS2-9-1-8

0.78

1,00 1,32

1,10

*0,45 *0,70 *0,45 *0,70

*0,40 *0,40 ,0.40 ,0.40

4.15

4,00

4,15 4,00

17.95 W; 1,10 V

8,70 Mo; 1.95 V; 1.80 W

5,60 W; 4,60 Mo; 3,95 V

9,50 Mo; K,00 Co; 1,55 W; 1,10 V

63

64 64

66

Rodzaj stali Znak wg PN-EN &redni sk%ad stali, %

C Si Mn Cr Inne

Stal odporna na korozj ; ferryty czna

X6Crl3

X6Crl7

X6CrMol7-l

*0,08 *0,08 *0,08

*1,00 *1,00 *1,00

*1,00 *1,00 *1,00

13,00

17,00

17,00

%

% 1,15 Mo

Stal odporna na korozj ; martenzytyczna

X30Crl3

X17CrNil6-2

X90CrMoV18

0,30

0,17

0,90

*1,00 *1,00 *1,00

*1,00 *1,00 *1,00

13,00

16,00

18,00

-

2,00 Ni

1,10 Mo; 0,10 V

Stal odporna na korozj ; austenityczna

X2CrNil9-ll

X2CrNiMol7-12-2

X2CrNiMoN17-13-5 X1

CrNiMoCuN25-25-5

*0,03 *0,03 *0,03 *0,02

*1,00 *1,00 *1,00 *0,70

*2,00 *2,00 *2,00 *2,00

19,00

17,50

17,50

25,00

11,00 Ni

11,50 Ni; 2,25 Mo

13,50 Ni; 4,50 Mo; 0,17 N

25,50 Ni; 5,20 Mo; 1,50 Cu; 0,21 N

Stal odporna na korozj ; ferrytyczno-austenityczna

X3CrNiMoN27-5-2

X2CrNiMoCuN25-6-3 *0,05 *0,03

*1,00 *0,70

*2,00 *2,00

26,50

25,00 5,50 Ni; 1,65 Mo; 0,125 N

6,50 Ni; 3,35 Mo; 1,75 Cu; 0,225 N

Stal !aroodporna; ferrytyczna

X10CrAlSil3

X10CrAlSi25 *0,12 *0,12

1,05

1,05 *1,00 *1,00

13,00

24,50 0,95 Al.

1,45 Al

Stal !aroodporna; austenityczna

X15CrNiSi20-12

X6CrNiSiNCel9-10 *0,12 0,06

2,00

1,50 *2,00 *1,00

20,00

19,00 12,00 Ni

10,00 Ni; 0,16 N; 0,055 Ce

Oznaczenia i sk ady stali odpornych na korozj! zaczerpni!to z PN-EN 10088-1, natomiast stali "aroodpornych z PN-EN 10095.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.